专利名称：大厚度管壁圆形套管的焊接方法
技术领域：
本发明涉及焊接方法，尤其涉及一种可以控制焊接变形的大厚度管壁圆形套管的焊接方法。
背景技术：
3万吨导管架下水驳船的船长235米，型宽52 . 5米，型深14. 25米，
最大载重量6万吨，形同一艘小航母，排名亚洲第一，世界第二。 3万吨导管架下水驳船是海油工程船舶配套化、系列化建设和实施深水发展战略的重要组成部分，将大幅度提高我国海上导管架、大型海上平台运输和深水作业能力及国际市场的竞争力。三万吨导管架下水驳船铰接点分左右两部分，位于船艉端。每一部分的横向宽度为13500mm，与导管架下水摇臂转轴相配合，承受导管架约70%的重量，对最大重量为30000吨的导管架来说，将承受21000吨的压力，即每一铰接点承受10500吨压力。铰接点部位要承受很大的集中力，为高应力强力结构。驳船中承载集中应力的关键部位有用于与摇臂转轴相配合并且承载导管架约70%的重量的半圆形套管、用于支撑半圆形套管的绞接点结构、用于导管架下水的摇臂结构等，这些部位的建造是该下水驳船的建造难点之一，同时又是本船的关键部位，因此加强控制这些部位建造实施过程中的质量，显得尤为重要。为了确保该船的建造质量，需要对构成上述关键部位的构件的焊接工艺进行科学合理的设计，才能严格控制焊接质量与变形。因为焊接时，由于局部高温加热，会造成焊件上温度分布不均匀，导致在结构内部产生焊接应力与变形，这是钢结构焊接制造中所遇到的一个普遍问题，因此控制好焊接变形是钢结构产品制造成功与否的关键技术之一，也是难点之一，由此可知，控制三万吨导管架下水驳船中承载集中应力关键
4部位的半圆形套管的焊接变形，对于该船的成功建造是至关重要的。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种大厚
度管壁圆形套管的焊接方法，其是在选择气体保护药芯焊(FCAW)的焊接方
法中，通过设定合理的焊接参数和坡口形式、选择最小焊缝尺寸、减少焊缝数量及合理安排焊缝位置、采用胎架和马板刚性固定方式固定焊件、焊接过程中同时消除焊接残余应力和留余量补偿焊件收縮变形、使用对称布置焊接结构由偶数焊工对称施焊、长焊缝焊接由中间向两端对称分段退焊的焊接方式、内外侧逐层对称交替施焊以及在焊接结束后对焊缝及其周围区域进行缓冷处理而消除焊接残余应力等技术措施，达到控制焊接变形，保证焊接质量的功效。 '
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法，包括设定施焊环境条件、制备坡口及其清理、坡口对接装配、选定焊接方法、悍接材料以及焊接参数、设定保护气体及其参数的焊前准备工序，设定预热温度和层间温度、焊件固定、坡口焊接工序以及焊后保温处理工序，该坡口焊接工序包括定位焊、封底焊
和填充焊；其特征在于，所述焊前准备工序中施焊环境条件为控制风速在小于2.2m/s，并保持待焊工件表面干燥，当相对湿度较大，至使待焊工件表面出现水气时应对待焊区域进行烘干处理；焊接接头的坡口形式为双面对称X型，对坡口及其两侧进行清理，去除杂物；坡口对接装配方式为先对接中间两节圆形套管，再进行两端节段的对接；选定焊接方法为气体保护药芯焊(FCAW)，焊接材料为韩国现代药芯焊丝，保护气体为二氧化碳(C02);所述预热温度为16(TC至170°C，层间温度为17(TC至25(TC;所述焊件固定采用马板定位焊以及坡口定位焊；所述坡口焊接工序中的定位焊和封底焊采用分段对称施焊，填充焊采用分段内外侧逐层对称交替施焊；所述焊接后处理是
5在焊接中途停止或者焊接结束时，对焊缝及其周围区域进行缓冷处理。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中双面对称X型坡口的夹角
为40至45度，钝边长度为4腦至6腿，根部间隙为6mm至8mm;所述坡口清 理是对坡口及其两侧20士5mm的范围进行清理。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中焊接方法为气体保护药芯 焊(FCAW)，焊接材料采用直径为1. 2 mm的韩国现代药芯焊丝(牌号S81-K2); 所述保护气体为二氧化碳(CO》，气体流速为18至20L/min。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中焊件固定的马板定位焊包 括马板布置定位、马板的焊接顺序以及焊接参数的设定；其中，马板的布置 定位是在圆形套管外侧壁面等距对应设置数块马板，每块马板跨设在焊缝处， 且马板缺口对准焊缝；每块马板的焊接顺序是第一步焊接跨设焊缝一侧部分， 第二步焊接位于焊缝另一侧的部分，且第二步焊接采用两面同时施焊方式进 行，数块马板的焊接顺序是第一步焊接位于X轴方向的马板，第二步焊接位 于Y轴方向的马板，第三步焊接位于第二和第四象限方向的马板，第四步焊 接位于第一和第三象限方向的马板；马板定位焊的焊角尺寸为10±3誦，焊缝 长度为130±3誦；所述马板定位焊的焊接电流为160至200A，焊接电压为23 至28V，焊接速度为80至100mm/min。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中坡口定位焊、封底焊的分 段施焊顺序是，第一歩在X轴对称位置进行施焊，第二步在Y轴对称位置施 焊，第三步在第二和第四象限的对称位置施焊，第四步在第一和第三象限的 对称位置施焊；所述坡口填充焊分段内外侧逐层对称交替施焊是，转动圆管 使施焊位置始终保持在Y轴对称位置，根据焊接顺序将圆管转动相应角度， 分步在圆管内外侧施焊；该内外侧的施焊顺序是第--步在外侧施焊，第二步 在内侧施焊，第三步再在外侧施焊，第四步又在内侧施焊；坡口定位焊的施 焊方式为点焊，定位焊长度为150至160mm，定位焊高度为15土3mm。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中坡口焊接工序的焊接电流为160至200A，焊接电压为23至28V,焊接速度为80至lOOmm/min;根部用 陶瓷衬垫(型号JN408);预热温度为160至170。C,层间温度《25(TC:保护 气体为二氧化碳(CO》，气体流量为18至20L/min;焊接电流和极性为直流 反接(DC.RP);摆动最大值为20mm。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中坡口定位焊过程中利用毫 克能振动应力消除仪消除焊接残余应力，具体方法为每一步焊接结束后，利 用毫克能振动应力消除仪对焊缝金属进行消除焊接残余应力处理，环焊缝一 周约2至3分钟，能够大幅度提高焊接接头的疲劳强度。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中坡口内定位焊的焊缝内侧 加设圆棒陶瓷衬垫，对称位置施焊是同时进行。
前述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中缓冷处理的范围是焊缝及 其周围70+10mm的区域，缓冷处理为每小时降温小于50°C。
本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法的有益效果，其是在选择气体保 护药芯焊(FCAW)的焊接方法中，通过设定合理的焊接参数和坡口形式、选 择最小焊缝尺寸、减少焊缝数量及合理安排焊缝位置、采用转动胎架和马板 刚性固定方式固定焊件、焊接过程中同时消除焊接残余应力和留余量补偿焊 件收縮变形、使用对称布置焊接结构由偶数焊工对称施焊以及长焊缝焊接由 中间向两端对称分段退焊的焊接方式以及在焊接结束后对焊缝及其周围区域 进行缓冷处理而消除焊接残余应力等技术措施，使焊接变形量控制在0.5mm 至0.8mm以内，高于设计要求圆管的同轴度偏差控制在2mm以内的标准，保 证焊接质量的功效，经山东理工大学理化实验报告显示，试验件的平均抗拉 强度为543 N/mm2, -40度，平均冲击功为155丄完全满足焊缝力学性能要求。
图1为本发明马板定位焊时马板布置位置示意图。 图2为图1所示H方向断面图。
7图3为本发明坡口内分段定位焊顺序图。
图4为本发明坡口内外侧各层对称交替焊顺序图。
图5为本发明坡口内外侧各层对称交替焊接流程图。 图6为本发明圆形套管对接定位示意图。
图中主要标号说明A和Al为位于X轴方向的马板、B和B1为位于Y轴 方向的马板、C和C1为位于第二和第四象限方向的马板、D和D1为位于第一 和第三象限方向的马板、Gl第一节圆形套管、G2第二节圆形套管、G3第三节 圆形套管、G4第四节圆形套管、M和Ml为在X轴方向的施焊位置、N和N丄 为在Y轴方向的施焊位置、O和OI为在第二和第四象限方向的施焊位置、P 和P1为在第一和第三象限方向的施焊位置、F焊缝、S为坡口内侧、W为坡口 外侧、l坡口外侧焊接、2坡口内侧焊接、3坡口外侧焊接、4坡口内侧焊接。
具体实施例方式
参阅图1至图6所示，本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法，包括设 定施焊环境条件、制备坡口及其清理、坡口对接装配、选定焊接方法、焊接 材料以及焊接参数、设定保护气体及其参数的焊前准备工序，设定预热温度 和层间温度、焊件固定、坡口焊接工序以及焊后保温处理土序，该坡口焊接 工序包括定位焊、封底焊和填充焊；其特征在于，所述焊前准备工序中施焊 环境条件为控制风速在小于2.2m/s，并保持待焊工件表面干燥，当相对湿度 较大，至使待焊工件表面出现水气时应对待焊区域进行烘干处理；焊接接头 的坡口形式为双面对称X型，对坡口及其两侧进行清理，去除杂物；坡口对 接装配方式为先对接中间两节圆形套管，再进行两端节段的对接；选定焊接 方法为气体保护药芯焊(FCAW)，焊接材料为韩国现代药芯焊丝，保护气体为 二氧化碳(C0》；所述预热温度为16(TC至170°C，层间温度为17(TC至250 °C;所述焊件固定采用马板定位焊以及坡口定位焊；所述坡口焊接工序中的 定位焊和封底焊采用分段对称施焊，填充焊采用分段内外侧逐层对称交替施
8焊；所述焊接后处理是在焊接中途停止或者焊接结束时，对焊缝及其周围区 域进行缓冷处理。
本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其中，双面对称x型坡口的夹 角为40至45度，钝边长度为4mm至6醒，根部间隙为6誦至8mm;所述坡口 清理是对坡口及其两侧20士5mm的范围进行清理；焊接方法为气体保护药芯 焊(FCAW)，焊接材料采用直径为1. 2誦的韩国现代药芯焊丝(牌号S81-K2); 保护气体为二氧化碳(CO》，气体流速为18至20L/min;焊件固定的马板定 位焊包括马板布置定位、马板的焊接顺序以及焊接参数的设定，其中，马板 的布置定位是在圆形套管外侧壁面等距对应设置数块马板，每块马板跨设在 焊缝处，且马板缺口对准焊缝，每块马板的焊接顺序是第一步焊接跨设焊缝 一侧部分，第二步焊接位于焊缝另一侧的部分，且第二步焊接采用两面同时 施焊方式进行，数块马板的焊接顺序是第一歩焊接位于X轴方向的马板A和 Al，第二步焊接位于Y轴方向的马板B和B1，第三步焊接位于第二和第四象 限方向的马板C和Cl，第四步焊接位于第一和第三象限方向的马板D和Dl， 马板定位焊的焊角尺寸为10土3mm，焊缝长度为130土3mm;马板定位焊的焊 接电流为160至200A，焊接电压为23至28V，焊接速度为80至100mm/min; 坡口定位焊、封底焊的分段施焊顺序是，第一步在X轴对称位置M和M1进行 施焊，第二步在Y轴对称位置X和N1施焊，第三步在第二和第四象限的对称 位置()和01施焊，第四步在第一和第三象限的对称位置P和Pi施焊；所述 坡口填充焊分段内外侧逐层对称交替施焊是，转动圆管使施焊位置始终保持 在Y轴对称位置，根据焊接顺序将圆管转动相应角度，分步在圆管内外侧施 焊；该内外侧的施焊顺序是第一步在坡口外侧W施W i，第二步在坡口内侧S 施W. 2，第三步再在坡口外侧W施'W :"第四步又在坡口内侧S施'W. 4，坡口 定位焊的施焊方式为点焊，定位焊长度为150至160ram，定位焊高度为15± 3mm;坡口焊接工序的焊接电流为160至200A,焊接电压为23至28V，焊接 速度为80至100n皿/rain;根部用陶瓷衬垫(型号JN408);预热温度为160至170。C，层间温度《250。C;保护气体为二氧化碳(CO》，气体流量为18至 20L/min;焊接电流和极性为直流反接(DC. RP);摆动最大值为20mm;坡口定 位焊过程中利用毫克能振动应力消除仪消除焊接残余应力，具体方法为每一 步焊接结束后，利用毫克能振动应力消除仪对焊缝金属进行消除焊接残余应 力处理，环焊缝一周约2至3分钟，能够大幅度提高焊接接头的疲劳强度； 坡口内定位焊的焊缝F内侧加设圆棒陶瓷衬垫，对称位置施焊是同时进行； 缓冷处理的范围是焊缝F及其周围70+10腿的区域，缓冷处理为每小时降温 小于50°C。
实施例(参阅图1至图6所示)
用于3万吨导管架下水驳船的半圆形套管的制备。
一、 锻造四节圆形套管Gl、 G2、 G3、 G4，其外径为1120mm，内径为880,， 单节重量在10吨左右，材质为16MnD。
二、 将四节圆形套管G1、 G2、 G3、 G4焊接成一体。 1、焊前准备。
(1) 施焊环境设置防风、防雨、防雪的遮蔽条件，控制风速小于2. 2m/s; 控制环境相对湿度，当相对湿度较大，至使待焊工件表面出现水气时应对待 焊区域进行烘干处理，保证待焊工件表面干燥无水气。
(2) 在每节圆形套管Gl、 G2、 G3、 G4的两端制备焊接坡口，坡口为双 面对称X型，坡口夹角为40度，钝边长度为6mm，根部间隙为8mm。在坡口 及两侧20mm的范围内进行除去锈污、水分、油等杂物的坡口清理。
(3) 圆形套管对接装配定位。
将圆形套管G1、 G2、 G3、 G4放置在胎架上进行对接，先完成中间两节圆 形套管G2和G3的对接，再进行两端节圆形套管Gl和G2以及G3和G4的对 接，如图6所示。以圆形套管G1、 G2、 G3、 G4内表面为准，应用水平仪调整 胎架，利用拉钢丝检验圆形套管G1、 G2、 G3、 G4的直线度，使各节圆形套管的圆心位于同一直线上。
2、 预热与层间温度。
用氧乙炔烤把对各焊缝F以及焊缝F两侧150mm区域进行预热，预热温 度为16(TC;层间温度设定为20(TC。
3、 焊接工艺及参数
采用二氧化碳气体保护药芯焊(FCAW)，焊材为韩国现代药芯焊丝S81-K2 焊丝直径为01.2(单位mm)，有关焊材规格参数见表1所示；焊接工艺参数见 表2所示。
表l韩国现代(HYUNDAI)药芯焊丝规格
品名AWS型号熔敷金属化学成分(％)熔敷金属力学性能保护 气体
C MnSiCr Nio .2(MPa) o,.(MPa) S (%) IV(J)Super Cored S81-K2E81T1-K2-40°C/75 0.04 1.2 0.4-1.5 540620 28 -60°C/55C02
表2焊接工艺参数
焊接方法FCAW预热温度160-170°C接头型式对接层间温度《250°C
母材16MnD保护气体co2
板厚适用范围35-140mm流量18-20L/min焊材S81-K2焊接电流和极性DC.RP(直流反接)焊材等级5Y40单道或多道多道
衬垫JN408摆动(是/否)是
悍接位置V (立焊)摆动最大值20mm
焊层焊接方法焊材焊接电流(A)焊速(mm/min)
等级直径(mm)电弧电压(V)RootFCAW5Y160-20023--2880-100
FillFCAW5Y虹2170-21025--31160-195
CapFCAW5Y01.2170-200110--140110-140
114、 马板定位焊
在四节圆形套管G1、 G2、 G3、 G4的外侧壁面等分8份，划线确定8块马 板A、 Al、 B、 Bl、 C、 Cl、 D、 Dl的布置位置，每块马板跨设在焊缝F处，且 马板缺口对准焊缝F，如图1和图2所示。先将8块马板A、 Al、 B、 Bl、 C、 Cl、 D、 Dl的一侧部与第二节圆形套管G2进行焊接，然后将另一侧部与第三 节圆形套管件G3焊接，马板A、 Al、 B、 Bl、 C、 Cl、 D、 Dl与第三节圆形套 管件焊接G3进行焊接时，由两名焊工同时进行焊接，且焊接参数完全相同。
8块马板A、 Al、 B、 Bl、 C、 Cl、 D、 Dl的焊接顺序是第一步焊接位于X 轴方向的马板A和A1，第二步焊接位于Y轴方向的马板B、 Bl，第三步焊接 位于第二和第四象限方向的马板C和Ci，第四步焊接位于第一和第三象限方 向的马板D和D1，如图2所示。
马板定位焊的焊角尺寸为lOmm，每段焊缝长度为130mm。利用转动胎架 固定来增加焊件的刚度和拘束度，可以达到减小其变形的目的。
5、 坡口焊接
(1)定位焊。焊缝内侧贴圆棒陶瓷衬垫，用氧乙炔烤把加热达到预热温 度16(TC。开始坡口内定位焊，焊接时由两名焊工对称施焊，并采用断续焊接 (即点焊)。设定焊接电流为200A，悍接电压为25V，焊接速度为100腿/min; 根部用陶瓷衬垫JN408;预热温度为160。C，层间温度为220°C;保护气体为二 氧化碳(C02)，气体流量为20L/min;焊接电流和极性为DC. RP (直流反接)； 摆动值为18mm。
焊接方法和顺序，如图3所示。对称位置同时分段定位焊第一步在X 轴对称位置M和Ml进行施焊，第二步在Y轴对称位置N和Nl施焊，第三歩 在第二和第四象限的对称位置0和01施焊，第四步在第一和第三象限的对 称位置P和P1施焊，如图3所示。内外侧各层对称交替焊，如图4所示第 一步在外侧W施焊1，第二步在内侧S施焊2，第三步在外侧W施焊3，第四 步在内侧S施焊4;采用内外侧各层对称交替焊，可以使内外侧的角度变形相
12互抵消。在Y轴对称位置N和N1施焊时，上下两表面均在相同电流的情况下
采用断续焊接(即点焊)；定位焊长度为150腿，定位焊高度为15腿。
由双数焊工在週形套管两侧对称焊接，先完成中间两节圆形套管G2和G3 的对接，再进行两端节圆形套管G1和G2以及G3和G4的对接，如图6所示。
(2) 封底焊。坡口定位焊后，在外侧进行打底焊，打底焊厚度控制在4mm。
(3) 填充焊。在进行套管G2和G3的对接焊接时，不是一次连续完成圆 周焊缝，而是将圆周分成8等份，每段弧形长度为400mm。每一步骤的焊接采 用内外侧各层对称交替点焊完成，第一步焊接(如图5中a步骤所示)完成 后，将圆形套管转动90度后停止(如图5中b步骤所示)，接着进行第二步 焊接，同样由双数焊工同时进行焊接，该步焊接完成后，继续将圆形套管转 动45度后停止(如图5中c步骤所示)，进行第三步焊接，也由双数焊工同 时进行焊接，这步焊接完成后，再将圆形套管转动45度后停止(如图5中d 步骤所示)，进行第四步焊接，由双数焊工同时进行焊接，往复进行至该道(套 管G2和G3的对接)接缝焊接完成。然后按照该道焊缝的焊接方法进行两端 节圆形套管Gl和G2以及G3和G4的对接。内外侧各层对称交替焊，如图4 所示第一步在外侧W施焊1，焊后去除衬垫，气刨清根并打磨。第二步在内 侧S施焊2，第三步在外侧W施焊3，第四步在内侧S施焊4;采用内外侧各 层对称交替焊，可以使内外侧的角度变形相互抵消。
坡口内焊接过程中利用毫克能振动应力消除仪消除焊接残余应力。每一 步焊接结束后，利用毫克能振动应力消除仪对焊缝金属进行消除应力处理， 环焊缝一周约2至3分钟，能够大幅度提高焊接接头的疲劳强度。
三、 焊接后缓冷处理。
焊接结束(包括中途停止时)，立即将焊缝及其周围75誦以内的区域用 石棉布包好保温，缓冷控制每小时降温45。C左右。
四、 对由锻造的四节圆形套管G1、 G2、 G3、 G4焊接成一体的圆形套管采
用半自动切割机切割成需要的半圆形套管，然后安装在万吨导管架下水驳船
13铰接点结构单元中。
在焊接的过程中，由两外端面中心拉一根细钢丝，在圆形套管长度上平 均取四处位置，在同一圆平面内测量钢丝到筒壁的距离偏差，以测量其同轴
度。同轴度偏差在0. 5mm-0. 8mm，达到设计标准规定小于2mm的要求。
本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行详细赘述。 本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法能够有效防止焊接变形、提高焊
接质量。 .
1、 选择二氧化碳气体保护焊(FCAW)。各种焊接方法的热输入不同，因 而产生的变形也不一样。能量集中和热输入较低的焊接方法，可以有效的降 低焊接变形。与其他焊接方法对比，二氧化碳气体保护焊焊接时具有较小的 热输入，焊接大厚件的变形较小，焊接效率高，因此选择二氧化碳气体保护 焊(FCAW)。
2、 选用气体保护药芯焊丝(韩国现代药芯焊丝)作为焊接材料。韩国现 代药芯焊丝Super Cored 81-K2，相当于AWS 5. 29型号E81T卜K2，使用纯0)2 保护气体；屈服强度为540MPa，抗拉强度为620MPa，冲击韧性为75J(-40 。C);55(-6(TC)。该焊接材料是一种全位置、微合金气体保护药芯焊丝，其具 有极佳的机械性能、出色的低温冲击韧性与抗疲劳性能、杰出的可焊性，飞 溅少、焊缝成形良好等特点，特别适合用于近海钻井平台、大型船舶承重钢 结构等应用场合。
3、 选择合理的焊缝坡口形状和尺寸，尽量减少焊缝数量，焊缝位置安排 合理。在保证结构有足够承载能力的前提下，采用尽量小的焊缝尺寸。相同 厚度的对接接头，在V形坡口焊缝的角变形大于双V形坡口焊缝。对于板厚 较大的对接接头偏重取双面对称的X型坡口代替V型坡口，坡口角度取最小 角度，因为对一定厚度的板，X型坡口的熔敷金属量大约比V型坡口少1/2， 以减小焊接变形。只要条件允许，多采用型材、冲压件；在焊缝多且密集处， 采用铸-焊联合结构，就可以减少焊缝数量。合理设计应尽量把焊缝安排在结
144、 采用马板定位焊固定的刚性固定方法。通过马板刚性固定的方法可以 将焊件组合成刚度更大的对称结构，增加了悍接的刚度和拘束度，从而减小焊 接变形。
5、 控制合理的预热温度和层间温度以及热输入等焊接参数。焊接热输入 是影响变形量的关键因素，当焊接方法确定后，可通过调节焊接参数来控制 热输入。在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下，应尽量采用小的焊接热输入。 根据焊件结构的特点，可以灵活地运用热输入对焊接变形的影响规律，去控 制变形。由于圆套对接焊接，较大的热输入会造成焊接变形，给圆套直线精 度带来误差。因此要严格控制焊接电压、电流、焊接速度以及焊缝宽度，采 用多层焊，每层选择较小的热输入，减小焊接变形。
6、 焊接过程中使用消除焊接残余应力方法。虽然在结构设计时考虑了焊 接残余应力的问题，在工艺上也采取了一定的措施来防止或减少焊接残余应 力，但由于焊接应力的复杂性，结构焊接完以后仍然可能存在较大的焊接残 余应力。另外，有些结构在装配过程中还可能产生新的残余应力，这些焊接 残余应力及装配应力都会影响结构的使用性能。焊后是否需要消除残余应力， 通常由设计部门根据钢材的性能、板厚、结构的建造及使用条件等多种因素 综合考虑决定。
7、 装配焊接顺序对焊接结构变形的影响是很大的，因此，选择合理的装 配和焊接顺序，可以使焊接变形减至最小。选择合理的装配顺序是，先装配 中间接缝，再装配两端接缝；选择的焊接顺序是，采用焊接对称布置结构由 偶数焊工对称施焊，长焊缝焊接由中间向两端对称分段退焊以及内外侧各层 对称交替施焊的方法。
8、 焊接结束后，对焊缝及其周围区域围好石棉布进行保温缓冷处理，消
除焊接残余应力。因此，采用本发明大厚度管壁圆形套管的焊接方法，可以使焊件的焊接变形量控制在对接后的同轴度偏差在0. 5mm至0. 8mm的范围，达到设计标准 规定的圆管对接同轴度偏差控制在2mm以内的标准，解决了现有焊接方法不 能保证圆管对接后同轴度偏差的缺陷；焊接质量经山东理工大学理化实验报 告显示，试验件的平均抗拉强度为543N/腿2，-40度，平均冲击功为155J，完 全满足焊缝力学性能要求。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种大厚度管壁圆形套管的焊接方法，包括设定施焊环境条件、制备坡口及其清理、坡口对接装配、选定焊接方法、焊接材料以及焊接参数、设定保护气体及其参数的焊前准备工序，设定预热温度和层间温度、焊件固定、坡口焊接工序以及焊后保温处理工序，该坡口焊接工序包括定位焊、封底焊和填充焊；其特征在于，所述焊前准备工序中施焊环境条件为控制风速和保持待焊工件表面干燥；焊接接头的坡口形式为双面对称X型，对坡口及其两侧进行清理，去除杂物；坡口对接装配方式为先对接中间两节圆形套管，再进行两端节段的对接；选定焊接方法为气体保护药芯焊，焊接材料为韩国现代药芯焊丝，保护气体为二氧化碳；所述预热温度为160℃至170℃，层间温度为170℃至250℃；所述焊件固定采用马板定位焊以及坡口定位焊；所述坡口焊接工序中的定位焊和封底焊采用分段对称施焊，填充焊采用分段内外侧逐层对称交替施焊；所述焊接后处理是在焊接中途停止或者焊接结束时，对焊缝及其周围区域进行缓冷处理。
2、 根据权利要求1所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述双面对称X型坡口的夹角为40至45度，钝边长度为4mm至6mm，根部间 隙为6腿至8mm;所述坡口清理是对坡口及其两侧20土5mm的范围进行清理。
3、 根据权利要求1所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述焊接方法为气体保护药芯焊，焊接材料采用直径为1.2腿的韩国现代药 芯焊丝；所述保护气体为二氧化碳，气体流速为18至20L/min。
4、 根据权利要求1所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述焊件固定的马板定位焊包括马板布置定位、马板的焊接顺序以及焊接参 数的设定；其中，马板的布置定位是在圆形套管外侧壁面等距对应设置数块 马板，每块马板跨设在焊缝处，且马板缺口对准焊缝；每块马板的焊接顺序 是第一步焊接跨设焊缝一侧部分，第二步焊接位于焊缝另一侧的部分，且第 二步焊接采用两面同时施焊方式进行，数块马板的焊接顺序是第一步焊接位于X轴方向的马板，第二步焊接位于Y轴方向的马板，第三步焊接位于第二 和第四象限方向的马板，第四步焊接位于第一和第三象限方向的马板；马板定位焊的焊角尺寸为10士3mrn，焊缝长度为130土3mm;所述马板定位焊的焊 接电流为160至200A，焊接电压为23至28V，焊接速度为80至100mm/min。
5、 根据权利要求1所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述坡口定位焊、封底焊的分段施焊顺序是，第一步在X轴对称位置进行施 焊，第二步在Y轴对称位置施焊，第三步在第二和第四象限的对称位置施焊， 第四步在第一和第三象限的对称位置施焊；所述坡口填充焊分段内外侧逐层 对称交替施焊是，转动圆管使施焊位置始终保持在Y轴对称位置，根据焊接 顺序将圆管转动相应角度，分步在圆管内外侧施焊；该内外侧的施焊顺序是 第一步在外侧施焊，第二步在内侧施焊，第三步再在外侧施焊，第四步又在 内侧施焊；坡口定位焊的施焊方式为点焊，定位焊长度为150至160mm，定位 焊高度为15士3mm。
6、 根据权利要求1或5所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征 在于，所述坡口焊接工序的焊接电流为160至200A，焊接电压为23至28V， 焊接速度为80至100mm/min;根部用陶瓷衬垫；预热温度为160至17(TC，层 间温度《25(TC;保护气体为二氧化碳，气体流量为18至20L/min;焊接电流 和极性为直流反接；摆动最大值为20mm。
7、 根据权利要求1或5所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征 在于，所述坡口定位焊过程中利用毫克能振动应力消除仪消除焊接残余应力。
8.根据权利要求5所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述坡口内定位焊的焊缝内侧加设圆棒陶瓷衬垫，对称位置施焊是同时进行。
9、根据权利要求1所述的大厚度管壁圆形套管的焊接方法，其特征在于， 所述缓冷处理的范围是焊缝及其周围70+10mm的区域，缓冷处理为每小时降 温小于50。C。
全文摘要
一种大厚度管壁圆形套管的焊接方法，包括焊前准备工序，设定预热和层间温度，焊件固定，坡口焊接及焊后保温处理，坡口焊接包括定位焊、封底焊和填充焊；其焊前准备中施焊环境条件为控制风速和保持待焊工件表面干燥；焊接接头坡口为双面对称X型；坡口对接装配方式为先对接中间两节圆形套管，再进行两端节段对接；焊接方法为气体保护药芯焊，焊接材料为韩国现代药芯焊丝，保护气体为二氧化碳；预热温度为160℃至170℃，层间温度为170℃至250℃；焊件固定采用马板定位焊及坡口定位焊；坡口焊接的定位焊和封底焊采用分段对称施焊，填充焊采用分段内外侧逐层对称交替施焊；焊接后处理是对焊缝及周围区域缓冷处理；控制焊接变形，焊接质量好。
文档编号B23K9/16GK101648310SQ20081011842
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者军 曹, 毅 虞, 许可望 申请人:中国海洋石油总公司;海洋石油工程股份有限公司