不銹鋼管道及彎頭焊縫內(nèi)充氬裝置的研制與應用

2016.03.12

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本文主要根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的不銹鋼管道內(nèi)沖氬裝置的現(xiàn)狀，針對Ф60～Ф426mm管道及彎頭的焊接質(zhì)量，操作更為便捷，節(jié)省氬氣的特點，研制了管道及彎頭焊縫內(nèi)充氬裝置，實際應用效果良好，為不銹鋼管道內(nèi)沖氬提供了較為先進、有效的施工機具。

1概述

在不銹鋼管道氬弧焊施工過程中，管道內(nèi)充氬氣是焊接過程重要環(huán)節(jié)之一，管道內(nèi)充氬氣對保證焊接質(zhì)量起著決定性的作用。以往在油田不銹鋼管口焊接施工過程中，焊口的內(nèi)充氬所用材料不規(guī)范，導致焊口保護不良和材料與氬氣的浪費，影響了焊接的質(zhì)量。為了解決以往不銹鋼管口焊接時內(nèi)充氬不好控制及浪費現(xiàn)象，易產(chǎn)生焊口內(nèi)側(cè)氧化等一系列問題，自行研制了具有應用范圍比較廣、易于操作及節(jié)約氬氣等優(yōu)點的焊口內(nèi)充氬裝置。

2不銹鋼管道內(nèi)沖氬現(xiàn)狀

以往在不銹鋼管道氬弧焊施工過程中，管道內(nèi)充氬氣通常在充氣管上綁扎泡沫海綿、紙箱板等材料對焊縫兩側(cè)進行封堵，雖然能達到一定效果，但不能適用彎頭內(nèi)沖氬（見圖1）。

采用上述方法雖然對保證焊接質(zhì)量發(fā)揮了一定的作用，但存在如下問題和缺陷：

2.1對彎頭焊縫不適用或效果不理想；

2.2采用泡沫海綿封堵與橡膠板封堵相比氬氣消耗量相對較大（12～15L/min），封堵材料需要經(jīng)常更換，難以滿足彎頭焊口的內(nèi)沖氬。

圖1 以前內(nèi)充氬裝置

3主要改進內(nèi)容

改進的內(nèi)充氬裝置如圖2所示。

圖2內(nèi)充氬裝置外觀圖

管道內(nèi)充氬裝置主要由五部分組成：

3.1充氣管（見圖3）：氬氣充入的主要通道，采用DN22鋼管兩頭絲扣，(在絲扣位置可隨意調(diào)節(jié)橡膠板距離) 1/3處為不銹鋼波紋軟管，不銹鋼波紋軟管兩側(cè)設計氬氣分流孔，使內(nèi)沖氬氣體更加均勻，前端留有Ф5mm小孔（見圖3），后端7mm深處擋板臺階（見圖4），用于防御脫落機構(gòu)的安裝。

圖3 充氣管圖4 充氣管后端

3.2防脫落軟連接機構(gòu)：防止波紋管彎長時間使用發(fā)生疲勞斷裂，前端無法取出而設計，將其穿入充氣管中，前端Ф5mm螺栓、中間用Ф2mm的鋼絲繩連接、后端Ф4mm螺栓和8個Ф2.5mm的通氣孔卡片組成（帶備帽）（見圖5、圖6）。

圖5 防脫落軟連接機構(gòu) 圖6 防脫落軟連接機構(gòu)后端

3.3導向機構(gòu)：便于裝置彎轉(zhuǎn)，用3mm鋼板制作導向板，鋼板上焊接4個Ф8～Ф12mm可交叉回位的螺桿（帶備帽、行走輪），另一側(cè)焊接管箍和絲頭（見圖7）。

圖7導向機構(gòu)

3.4密封片：將氬氣進行密封的作用，根據(jù)使用管徑制作比管內(nèi)徑稍大1～2mm，厚8mm的橡膠板，在一側(cè)開Ф10mm小孔塞上泡沫海綿，（防止打底焊道收口時氬氣流量過大，影響正常焊接），超過Ф159mm的焊口，橡膠板兩側(cè)用小于管內(nèi)徑20～30mm薄鐵板夾緊，以防止橡膠板變形，出現(xiàn)封閉不嚴現(xiàn)象的產(chǎn)生，如圖8所示。

圖8 密封片

3.5氣源連接機構(gòu)：由氣嘴、管箍、接長管、螺帽和備帽等組成，根據(jù)實際管道長度進行連接相應長度的連接管。

4技術(shù)關鍵

4.1如何保證導向及前端密封板順利通過彎頭，并使密封片垂直鋼管或彎頭中心線，隨著彎頭轉(zhuǎn)彎角度靈活轉(zhuǎn)向，達到良好的密封效果；

4.2如何防止裝置前端（導向機構(gòu)和密封片）與金屬軟管脫離，卡在管中；

4.3如何提高內(nèi)充氬保護效果。

5解決途徑

5.1在充氣管1/3處安裝不銹鋼波紋軟管，充氬裝置前端安裝導向機構(gòu)，并與前端密封片剛性連接。當充氬裝置導向機構(gòu)沿彎頭曲率前進使前端密封片垂直中心線達到良好的密封效果，同時不銹鋼軟管彎曲并帶動前端密封片到達設計密封位置。

5.2在充氣管中安裝防脫落軟連接機構(gòu)，當不銹鋼波紋軟管脫落時，可以通過軟連接機構(gòu)將前端導向機構(gòu)和密封片取出。

5.3通過焊口外貼美紋紙，在焊接過程中，美紋紙在電弧前約10mm處燃燒，極大的降低氬氣消耗量，進一步提高了焊接質(zhì)量。

6達到的主要技術(shù)指標

6.1適用于內(nèi)徑Ф60～Ф426 mm直管、彎頭、對焊法蘭焊縫內(nèi)充氬。