20钢管-管对接的焊接工艺

20钢管-管对接的焊接工艺

摘要分析了国产天然气压缩机组的工艺气管路的的材质及焊接性，阐明了20钢管子焊接时，采用钨级气体保护焊打底（GTAW），焊条电弧焊（SMAW）填充和盖面焊接工艺的可行性，实践证明该工艺是可行的，接头性能满足使用要求。

关键词焊接工艺；无损检测；压力试验

今年我公司承接了40多台天然气压缩机组。天然气压缩机组主要包括压缩主机、缓冲罐、分离器和空冷器等设备。其中容器之间采用管子连接，管子材质为20钢，管子直径在φ=89~168 mm范围内，工作介质为天然气，工作压力3.4 Mpa。因此，对20钢管对接的焊接工艺性能进行研究，对保证生产质量有着重大的意义。

1 20钢管子焊接性分析

20钢管为输送流体用无缝钢管，制造标准GB/T8163，其化学成份（%）：C 含量0.20%，Si含量0.24%，Mn含量0.53%，P含量0.019%，S含量0.014%，Cr含量0.01%，Cu含量0.11%，Ni含量0.01%，力学性能供货状态σs /MPa热轧285，σb /MPa热轧440，δ5（%）热轧31。由于20钢含碳W（c）%＜0.25，其他合金元素的含量也较低，故焊接性能优良。在不采用特殊的工艺措施进行焊接，焊接接头中也不会出现淬硬组织或冷

裂纹。

2 焊接工艺

2.1 焊接方法的选择

在管子的对接焊中，对打底层焊缝的质量要求较高，不仅要求焊缝背面要熔透、齐平，还要求焊缝背面的熔渣冲刷干净，否则会危及整个机组的安全运行。由于管子的直径较小，里面无法施焊，打底焊必须采用单面焊双面成型的焊接方法，因此采用了钨级气体保护焊（GTAW）打底，焊条电弧焊（SMAW）填充和盖面相结合的焊接工艺方法。

2.2 焊接材料的选择

2.2.1 GTAW焊丝的选择

对于GTAW焊丝的选择，根据相关标准要求，用于制造受压元件的焊接材料。应保证焊缝的力学性能等于或高于母材规定的限制。参考文献，20钢的GTAW 焊，其相应的国产焊丝牌号可选用TIG50-6（ER50-6）。

2.2.2 SMAW 焊条选择

填充层及盖面层采用SMAW时，也应保证焊缝的力学性能等于或高于母材规定的限制。由于管子焊缝质量要求较高，选择低氢型焊条。根据文献推荐，我们选择的焊条牌号J427（E4315）。

J427焊条在使用前，经350℃烘干，保温1 h，烘干后放入保温桶内，随去随用，且焊条烘干次数不超过两次。

2.3 焊接工艺参数的选择

小直径管子焊接时，一般采用短弧焊接，且热输入量不宜过大。若采用长弧焊接，不仅会出现电弧燃烧不稳定，热量分散、熔深浅，熔化金属飞溅大极合金元素烧损加剧等问题，且容易产生咬边、为焊透等缺陷，同时空气中的氮、氧等有害气体容易进入熔池，使焊缝生成气孔的可能性增加。焊接参数见表1。

考虑到焊接位置时，焊条电弧焊立焊和横焊时，焊接电流一般比平焊低10%~15%，仰焊的焊接电流比平焊低15%~20%。

2.4 焊前准备

2.4.1 预制坡口

参考GB/T985.1，结合工厂的实际情况，当管子直径在φ=89~159 mm且壁厚在大于6 mm时，坡口角为60°±5°，间隙1±1 mm，钝边1±0.5 mm，坡口设计示意图，见图1。

图1 坡口设计示意图

2.4.2 坡口的清理

焊前要清理坡口表面及两侧20mm内的水分、油污、铁锈等污物，并露出金属光泽。

2.4.3 施焊

1）焊接环境出现下列任何一情况时，应采取保护措施，否则禁止施焊。①风速：气体保护焊大于2 m/s；焊条电弧焊大于10 m/s；②相对湿度大于90%；

③雨雪环境；④管子温度低于-20℃。

2）当管道温度为-20℃~0℃时，应在始焊处100 mm范围内预热到15℃以上。管子焊接时，采用多层焊，在整个焊接过程中，层间温度要低于250℃且不低于预热温度。

3 无损检测

管道焊接完毕后，需对其焊缝进行无损检测，结合工厂实际情况，我们选择的无损检测方法为X射线检测。按照JB/T4730.2标准，100%射线检测，Ⅱ级合格。

4 压力试验

管子经无损检测合格后，对管子焊缝进行耐压测试，耐压测试采用的水压测试，试验压力为5.0 Mpa。试压采用两个量程相等的且经过校核的压力表，压力变的量程在0~10 Mpa，精度为1.0，保压30 min后，管子焊缝无漏渗，无变形，无异常的响声，试压合格。

5 结论

在以后的生产证明，采用钨级气体保护焊（GTAW）打底，焊条电弧焊（SMAW）填充和盖面相结合的焊接方法，按照设计的焊接工艺参数焊接20钢，其焊接接头各项性能能满足标准要求。

参考文献

[1]陈裕川.钢制压力容器焊接工艺[M].北京:机械工业出版社.