安徽管線焊接球閥焊接工藝研討

一、管線焊接球閥特點

 

長輸管線閥門是油氣管道為實現集輸、分輸和調節輸量

，以及為實現站內循環、設備連通、倒罐、越站及清管器收發等作業所使用的控製部件

；既是保證管道運行安全的設備，又是進行管道輸送自動控製和運行調度的主要工藝設備。

 

在長輸管線閥門中
，尤以管線球閥使用居多。在國家重點管道工程中，主幹線截斷閥全部采用進口大口徑全焊接球閥，要求使用壽命必須達到 30 年及以上。支線及站場 26in 以下規格截斷閥采用分體式球閥。綜觀重點管道工程所采用的全焊接球閥，其主要特性有：① 可靠性高
，閥體具有足夠強度，外泄漏部位少，活動部件耐磨
，在頰繁操作下能長期正常運行。② 密封性好，在高壓和在油
、氣長期浸泡下不泄漏。③ 開關靈敏性高。④ 油氣通過時阻力小。③ 重量輕
，安裝簡便。⑥ 能在全天候條件下工作。⑦ 具有防火、防靜電等功能。等道工程的發展與建設，極大地促進了管線球閥的設計、製造、工藝的進步
，同時對管線球閥提出了更高的要求。

 

全焊接球閥shiyizhongdianxingdehanjiechanpin
，muqian，bufenguoneichangjiatongguojishuyinjinhuozizhuyanfadefangshi，yishixianquanhanjieqiufadeguochanhua，gaibianlequanhanjieqiufawanquanyilaijinkoudejumian。danyinqianqishiyongyejideyingxiang，henshaonengzaizhongdiangongchengzhongdedaoyingyong。

 

從全焊接球閥閥體及焊接材料
、焊接方法
、焊接結構、焊接工藝及相關試驗等方麵進行總結，為全焊接球閥生產廠家的生產指導和用戶使用提供參考。

 

二、閥體與焊接材料分析

 

1. 閥體材料成分分析

 

全焊接球閥閥體材料通常采用碳素鋼或低合金鋼
，如 ASTM A105、A694、A350
、A516 等，其化學成分對焊接時結晶裂紋的形成有著重要影響。焊接時
，焊縫中的 S、P 等雜質在結晶過程中形成低熔點共晶。其中硫對形成結晶裂紋影響最大，但其影響又與鋼中其他元素含最有關，如 Mn 與 S 結合成 MnS 而除硫，從而對 S 的有害作用起抑製作用。Mn 還能改善硫化物的性能、形態及其分布等。因此

，為了防止產生結晶裂紋
，對焊縫金屬中的 Mn/S 值有一定要求。Mn/sS 值多大才有利幹防止結晶裂紋，還與含碳量有關。含 C 量愈高，要求 Mn/S 值也愈高。Si、Ni 及雜質的過多存在也會增加 S 的有害作用。

 

嚴格控製閥體材料采購時的化學成分，製定相關的材料采購標準
，是有效避免閥門焊接時產生結晶裂紋的有效途徑之一。

 

2. 焊絲與焊劑選擇

 

（1）焊絲材料選擇 焊絲主要作為填充金屬
，向焊縫添加合金元素
，直接參與焊接過程中的冶金反應，其化學成分和物理性能不僅影響焊接過程中的穩定性
、焊接接頭性能和質量
，同時還影響著焊接生產率。

 

焊絲材料的選擇主要根據閥體材料來進行。對常用閥體材料，通常所選用的焊絲材料有碳素鋼焊絲如 H08MnA
、低合金鋼焊絲如 H10Mn2。同時，焊絲直徑的選擇對焊縫形狀也有著較大影響，在焊接電流、電弧電壓、焊接速度一定時，焊縫熔深與焊絲直徑成反比，熔寬與焊絲直徑成正比。對於全焊接球閥常采用的埋弧自動焊，其焊絲直徑一般為 2.5~6mm。

 

（2）焊劑材料選 擇焊劑在焊接過程中起隔離空氣、保(bao)護(hu)焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)不(bu)受(shou)空(kong)氣(qi)浸(jin)害(hai)和(he)參(can)與(yu)熔(rong)池(chi)金(jin)屬(shu)冶(ye)金(jin)反(fan)應(ying)的(de)作(zuo)用(yong)。當(dang)焊(han)絲(si)確(que)定(ding)後(hou)，配(pei)套(tao)用(yong)的(de)焊(han)劑(ji)則(ze)成(cheng)為(wei)關(guan)鍵(jian)材(cai)料(liao)，它(ta)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)（特別是塑性及低溫韌性）、抗裂性能、焊接缺陷發生率及焊接生產率等。

 

這就要求焊劑必須具有良好的冶金性能和工藝性能；顆粒度符合要求（普通焊劑顆粒度為 0.45~2.50mm，0.45mm 以下的細粒不得大於 5%，2.50mm 以上的粗粒不得大於 2%；細顆粒度焊劑粒度為 0.28~1.425mm
，0.28mm 以下的細粒不得大於 5%
，1.425mm 以上的粗粒不得大於 2%）；含水量 w（H2O）≤0.10%

；機械夾雜物的含量不得大於 0.30%（質量分數）；含硫磷量 w（S）≤0.060%
，w（P）≤0.080%。

 

根據所選用焊絲材料
，及閥體材料化學成分
，焊劑多選用高矽型熔煉焊劑或高堿度燒結型焊劑。

 

三、焊接坡口形式

 

全焊接球閥采用埋弧自動焊
，配合以空冷或風冷方式進行焊接。

 

長輸管線球閥鍛鋼閥體壁厚通常在 40~50mm 以上，宜采用窄間隙坡口埋弧焊
，坡口底層間隙為 8~35mm
，坡口角度為 1°~7°，每層焊縫道數為 1~3
，常采用工藝墊板打底焊。為使焊絲送達窄坡底層
，需設計能插人坡口內的專用窄焊嘴

，焊絲向下伸長度常取 45~75mm，yihuodejiaogaorongfusulv。hanjieshicaiyongzhuanyonghanji，qikeliduyibanjiaoxi，tuozhaxingyingtehao，bingmanzugaoqiangrenxinghanfengjinshuxingneng。weibaozhenghansihedianhuzaishenerzhaipokouneidezhengqueweizhi，biyaoshixucaiyongzidonggenzongkongzhi。

 

 焊接及分析

 

焊接試驗采用圓筒進行，材料 A105。其主要目的是試驗驗證和確定閥體原材料、焊絲直徑、焊劑牌號
，優化焊接坡口結構及焊接參數，預測和控製焊接時溫度變化
、變形量和焊接殘留應力
，為全焊接球閥的生產設計提供參考依據。焊接試驗係統由電流電壓測量係統、位移變形測量係統、溫度測量係統三部分組成。

1）焊接時溫度側定。根據溫度測定的結果
，在球閥焊接時，控製層間溫度不超過閥座密封圈的安全使用溫度 150℃
，不會對閥門密封性能造成影響。

2）焊接變形的測定。圓筒焊接采用內徑為 600mm，厚度 50mm 左右的圓簡進行。焊接時圓筒兩端無束縛，焊接完成後，測得的圓筒變形軸向方向約為 2.5mm，徑向方向約為 1.5mm。在全焊接球閥設計過程中，需考慮此焊接變形對球閥密封性能的影響，適當調整閥座與閥體之間的配合間隙。

 

焊接時可采用不同的輔助方式如風冷、振動，改善焊接時工件的變形。通常情況下，振動焊接時變形較小，風冷其次。

 

3）焊接殘留應力的測定。焊後通過不通孔法測量焊接殘留應力。

側ce定ding結jie果guo表biao明ming，距ju離li焊han縫feng中zhong心xin位wei置zhi越yue遠yuan，殘can留liu應ying力li越yue小xiao。對dui球qiu閥fa閥fa體ti焊han縫feng結jie構gou進jin行xing合he理li的de設she計ji，可ke有you效xiao降jiang低di閥fa體ti焊han接jie後hou因yin變bian形xing而er產chan生sheng的de殘can留liu應ying力li。同tong時shi，焊han接jie時shi采cai用yong不bu同tong的de輔fu助zhu方fang式shi如ru振zhen動dong、風冷
，可不同程度上降低焊接後殘餘應力。通常情況下，振動焊接可有效釋放焊接後的殘留應力。

 

焊接完成後
，X 射線探傷和超聲波探傷完全合格

；力學性能評定，拉伸試驗、衝擊試驗和側彎試驗合格；焊縫熱影響區按 JB4708 測定合格。

 

五、結語

 

全焊接球閥是一種典型的窄間隙埋弧焊焊接產品，涉及材料科學、焊接工藝學、焊接裝備自動化研製，三維熱彈塑性有限元計算以及管線球閥的設計等多方麵的知識。隨著西氣東輸
、西部原油成品油
、川氣東送等大批國家重點管道工程的施工建設，極大地促進了全焊接球閥國產化技術
、裝備、製造及工藝的進步，井逐步趨向成熟和完善，開始向大口徑、高壓力方向發展。

 

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