五、管道焊接工艺和热处理

4.5.3、管道焊接工艺和热处理管道焊接工艺一般要求低碳钢和低合金钢管道的焊接奥氏体不锈钢管道的焊接耐热钢管道的焊接镍及镍合金管道的焊接工业纯钛管道的焊接管道焊后热处理（一）管道焊接工艺一般要求1、焊接环境条件温度：环境温度低于0℃，应预热10℃；湿度：≤90%；风速：手工焊和自保护，≤8m/s，气体保护焊，≤2m/s；无雨、雪。焊材贮存库相对湿度：≤60%，温度：≥5℃2、焊缝间距直管段：DN≥150mm，间距≥150mm；DN150mm，间距≥DN。3、对接接头组对：错边：以管子内壁对齐，钢：内壁错边10%δ，且≤2mm；钛、镍：内壁错边10%δ，且≤1mm长输管道：错边≤3mm（一）焊接工艺一般要求4、返修采用经过评定合格的焊接工艺；同一部位的返修次数超过2次，必须考虑对焊接工艺的调整，重新制定返修措施，经过施焊单位技术负责人批准；返修部位应当按照原规定的检验方法重新检验；返修的次数、部位、检测结果记入技术文件和资料提交使用单位；如果在热处理后进行焊接返修，返修后需要再做热处理.长输管道（SY/T4103《钢质管道焊接及验收》）规定：裂纹：除非业主同意返修，否则所有带裂纹的焊口应按有关规定从管线上切除当裂纹长度小于焊缝长度的8%时，可以进行返修非裂纹性缺陷：根焊道及填充焊道中出现，经业主同意后方可返修；盖面焊道中出现，可以直接返修；同一部位的返修不得超过两次。（二）碳素钢和低合金钢的焊接1、焊接性能碳素钢低合金钢：普通低合金钢、低合金耐热钢（Cr-Mo）、低合金低温钢（Ni）主要问题：冷裂纹，再热裂纹2、焊材选择原则碳素钢、普低钢：力学性能Cr-Mo耐热钢：化学成分低温钢：化学成分和低温韧性异种钢接头：就低的原则3、焊接方法：各种4、焊接工艺：主要因素：降低冷却速度，避免冷裂纹产生最有效方法：预热5、预热（1）焊前预热的作用:降低焊接冷却速度，遏制或减少淬硬组织；减小焊接区的温度梯度，降低焊接接头内应力；扩大焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；降低残余应力峰值；有利于焊缝中氢的逸出。预热温度对焊缝边界焊接热循环的影响（2）预热要求测温点位置（预热范围）：每侧宽度不小于3δ，且不小于25mm；（距焊缝坡口边缘）GB/T20801对预热温度的要求：6、其他焊接工艺层间温度：不低于预热温度焊接参数：由焊接工艺评定确定线能量(热输入)：焊接电流、焊接电压、焊接速度缓冷后热处理：在焊接完成后，立即加热到一定温度一般为200～350℃（根据材料和结构型式的不同而不同）保持一定时间（一般不少于30min），目的：降低扩散氢含量（三）不锈钢的焊接1、焊接性能用于耐腐蚀、高温、低温奥氏体不锈钢主要问题：晶间腐蚀：碳在奥氏体中溶解度不同，1100℃时达0.12%，450～850℃时只有0.02%，称为敏化温度；在敏化温度区晶粒边界析出Cr23C6，造成晶界局部贫铬（含Cr量低于12%），丧失抗腐蚀能力。解决办法：超低碳，添加稳定化元素（Ti、Nb），快速冷却热裂纹：解决办法：严格限制S、P含量马氏体、铁素体不锈钢主要问题：冷裂纹，脆化（三）不锈钢的焊接2、焊接方法：常见方法3、焊材选择原则同种接头：化学成分不同奥氏体不锈钢异种接头：化学成分就低的原则不同马氏体、铁素体不锈钢异种接头：化学成分就低的原则提高焊缝耐腐蚀性：超低碳，添加稳定化元素（Ti、Nb）奥氏体不锈钢与碳素钢、低合金钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢的异种接头应选用：25Cr-13Ni（E309型），25Cr-20Ni（E310型）（三）不锈钢的焊接4、焊接工艺马氏体、铁素体不锈钢：与低合金钢相类似奥氏体不锈钢：快速冷却（与低合金钢相反）不预热，层间温度≤150℃，小线能量，多层多道焊，背面充氩保护药芯焊丝的应用（四）耐热钢管道的焊接材料特点：淬硬性、冷裂纹、消除应力裂纹、热裂纹、回火脆性（四）耐热钢管道的焊接铬钼耐热钢的焊接要点管道施焊前应根据钢材的淬硬性、焊接环境、焊件刚性、及焊接方法进行预热。（2）焊条的选用，应按照母材的化学成分、力学性能、焊接接头的抗裂性、焊前预热、焊后热处理、使用条件及施工条件等因素综合确定。（3）定位焊的焊缝长度、厚度和间距，应能保证焊缝在正式焊接过程中不致开裂。（3）严禁在坡口之外的母材表面引弧和试验电流，防止电弧擦伤母材。（4）焊接时应采取合理的施焊方法和施焊顺序。（5）底层焊道完成后，应立即进行面层焊道的焊接，且应在保持预热温度条件下，每条焊缝一次连续焊完；如中断焊接，应采取后热缓冷等措施；再次施焊前应检查焊层表面，确认无裂纹后，方可按原工艺的要求继续施焊。（6）施焊过程中应保证起弧和收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满。（四）耐热钢管道的焊接7）多层焊时应控制层间温度，其层间温度等于或稍高于预热温度，每层的层间接头应错开。（8）焊口焊完后若不能及时进行热处理，应立即进行250℃350℃的后热处理，后热处理的时间15min30min，并且保温缓冷。（9）施焊现场应做好防风措施，特别管子焊接时，管内应防止穿堂风。（10）在热处理过程中应能准确地控制加热温度，且使焊件温度分布均匀，热处理的加热范围以焊缝中心为基准，两侧各不小于焊缝宽度三倍，且不小于25mm，加热区以外的100mm范围应予保温。焊后热处理过程中，焊件内外壁温度应均匀。（11）热处理后进行返修或硬度检查超过规定要求的焊缝，应重新进行热处理。焊接性能与奥氏体不锈钢相似主要防止热裂纹因含镍量高，热裂倾向更大措施：小线能量不预热，低的层间温度（≤100℃）底层焊完检查有无裂纹必要时，加装冷却铜块或用湿布擦拭，以减少高温停留时间。（五）镍及镍合金的焊接特点：熔点高，化学活性大措施：对300℃以上的区域用管外保护拖罩充氩保护；焊前清理坡口和焊丝；小线能量。焊后检查焊接接头表面颜色，判定氧化情况。（六）工业纯钛的焊接（七)燃气用聚乙烯管道焊接7.1聚乙烯焊接知识1、标准《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》（TSGD2002-2006）2、焊接原理聚乙烯一般可在190～240℃之间的范围内被熔化（不同原料牌号的熔化温度一般也不相同）将两管材（或管件）熔化的部分充分接触，并保持有适当的压力，冷却后便可牢固地融为一体。电熔焊接的压力来源于焊接过程中聚乙烯自身产生的热膨胀。3、焊接方法热熔对接法（BW）使用专门加热工具对非金属材料制两元件端部加热至粘流状态后，在压力下将其焊合的方法。分机动焊（J）、自动焊（Z）电熔连接法（EW）将非金属材料制电熔管件通电加热至表面熔化状态，使之与相接触的另一元件表面焊合的方法。只有自动焊（Z）4、焊接过程（热熔）准备阶段：清洁焊接部位油污、杂质，装夹管道；修整管道端面。加热阶段：加热阶段需加压力切换阶段：将管道与加热板分开，并迅速移出加热板；将两个熔融的塑料管道端面接触，并施加一定的压力；一般来说，切换时间应小于4s。压焊和冷却阶段：在一定的时间内保持压力不变；熔融的塑料会被挤出管道表面，在管道的内外表面形成熔环。5、热熔和电熔接头型式7.2聚乙烯管道焊接工艺评定1、依据标准：TSGD2002-2006《燃气用聚乙烯管道焊接技术规则》2、实施单位热熔：管道元件制造单位和管道安装单位电熔：管道元件制造单位在产品设计定型时进行，管道安装单位应当对其进行验证，验证项目为工艺评定规定的全部项目3、实施条件首次采用焊接工艺参数；不同原材料级别（例如PE80与PE100）的管道元件互焊；同一原材料级别的管道元件，熔体质量流动速率(MFR)差值大于0.5g/10min（190℃，5kg）；管道元件对焊接有特殊要求；施工环境与焊机工作条件有较大差距。4、覆盖范围（1）热熔对接焊：相同级别原材料的焊接工艺评定可以相互覆盖；不同SDR系列管道（SDR11、SDR17.6）的焊接工艺评定可以相互覆盖；当DN≤250mm规格时，在110≤DN≤250mm规格范围任选一个规格进行评定可以覆盖DN≤250mm所有规格；当250＜DN≤630mm时，在其范围内任选一个规格进行评定即可覆盖250＜DN≤630mm的所有规格。（2）电熔：对所有规格的电熔管件和电熔鞍形管件，管道元件制造单位在设计生产时逐一进行焊接工艺评定，并且向管道安装单位提供相应的焊接工艺参数；使用同一管道元件制造单位提供的管道元件时，管道安装单位任选一个DN≥63mm规格进行验证即可覆盖所有规格。5、试件数量：2组6、试件检验项目及要求热熔对接电熔承插电熔鞍形7、检验要求（1）热熔外观卷边应沿整个外圆周平滑对称，尺寸均匀、饱满、圆润。翻边不得有切口或者缺口状缺陷，不得有明显的海棉状浮渣出现，无明显的气孔。卷边中心高度K值大于零。焊接处的错边量不得超过管材壁厚的10%。7、检验要求卷边切除使用外卷边切除刀切除卷边，卷边应当是实心圆滑的，根部较宽，卷边底面不得有污染、孔洞等。若发现杂质、小孔、偏移或者损坏时，则判定为不合格。将卷边每隔几厘米进行180°背弯试验，当试样受拉伸面发生开裂或裂纹缺陷时，则判为不合格。拉伸试验耐压（静液压强度）试验（2）电熔焊非破坏性检验（宏观）电熔管件应当完整无损，无变形及变色；从观察孔应当能看到少量的聚乙烯顶出，但是顶出物不得呈流淌状，焊接表面不得有熔融物溢出；电熔管件承插口应当与焊接的管材保持同轴；检查管材整个圆周的刮削痕迹。（2）电熔焊破坏性检验剖面检查用锯条与熔接组件端面成45°角进行切开，组件中的电阻丝硬度排列整齐，不应当有涨出、裸露、错行，焊后不游离。管件与管材熔接面上应当无可见界线。拉伸剥离挤压剥离撕裂剥离耐压（静液压强度）试验7.3焊工资格1、依据标准TSGZ6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》附件B：特种设备非金属材料焊工考试范围、内容、方法和结果评定2、操作技能要素焊接方法；焊接方法的机动化程度；试件类别；试件管材外径。3、焊接方法热熔对接法（BW）、电熔连接法（EW）变更方法，重新考试4、机动化程度机动焊（J）、自动焊（Z）热熔焊机动焊考试合格后，可以免除自动焊考试，反之不可。5、试件类别及替代5、试件类别及替代热熔机动焊对接小试件考试合格后，其余试件合格项目方有效三通试件考试合格，可以焊接所有电熔焊改变试件类别，不需要重新考试6、试件检验试件数量及检验项目检验要求与工艺评定相同7、项目代号考试项目表示方法：焊接方法－机动化程度－试件类别举例：EW-Z-C电熔管件，自动焊，承插试件BW-J-D热熔对接，机动焊，大试件（DN≥315mm）（八）管道焊后热处理1、目的：消除残余应力，改善接头组织和性能2、方法：现场局部热处理，自动记录曲线3、热处理要求和参数（八）管道焊后热处理4、热处理过程加热：400℃以上，加热速度≤205×25/δ(℃/hr)，且不大于205℃/hr冷却：400℃以上，冷却速度≤260×25/δ(℃/hr)，且不大于260℃/hr恒温时间：δ/25(hr)，2.4min/mm，最短1～2hr加热范围：焊接接头：焊缝两侧各为焊缝宽度的3倍弯管：弯曲或成形部分及其两侧至少25mm5、热处理后的硬度检验（GB/T20801.4规定）：有硬度值要求的材料：炉内热处理：每批次抽查10％硬度检验局部热处理：100％进行硬度检验未注明硬度值要求的材料：每批次抽10％进行硬度检验硬度测定区域：焊缝，热影响区硬度值：碳钢、碳锰钢：≤200HB；合金钢：Cr≤2％：≤225HB；合金钢：2.25％≤Cr≤10％：≤241HB；未注明硬度值要求的材料：碳素钢不应大于母材硬度的120％，合金钢不应大于母材硬度的125％。（八）管道焊后热处理