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1、l O 安 装 1 9 9 7 年 6月 单筋加强高压三通的焊制技术 杨炳彦 ( 。一l z q , ( 西北电力 建设第 渭南 7 l 4 0 I) 0 ) 7 ， z 【 关 键 词 】 兰 童 垦 三 堕量 三 堇 三 通 压 叩 1 前言 镭 壶 军 摇 ， 的 关 系 ，其 应 力 析 难 度 也 较 大 相 对 管 子 对 在电站建设工程中， 各粪管道系统需要不 同材质、 不同规格、 不同结构的三通配件， 而这 些三通配件多为铸造三通。从国内制造能力和 配套供应现状看， 铸造三通的质量和数量远不 能满足机组安装施工的要求。尤其是给水、 主 蒸汽及再热汽管道系统采用的全是高压三通，
2、其耐压要求高、 强度性能好， 因铸造三通存在着 严重的组织疏松、 大体积缩孔或砂眼而影响其 使用。因此， 利用无缝钢管以现行的焊接工艺 技术制作高压三通是必要的。 笔者曾在2 0 0 M w国产机组安装施工中焊 制了不同规格、 不同材质的单筋加强高压三通。 在规格上有 中1 3 3 x 1 6 、 中 2 1 9 2 0 、 啦 7 3 3 0 ； 在 材质上有 2 0 、 l 2 C r l M 0 v 、 1 0 C r N 0 9 1 0 ， 这些三通 均是同质等径钢管焊制而成， 从水压试验和机 组的运行考验看， 三通质量是良好的。 显示了单 筋加强焊制高压三通比铸造高压三通质量高、 金
3、属耗量少和安装现场易于制作的优点。 2 焊制高压三通的技术难点及其解决途径 焊制高压三通的主焊缝是两个等径或不等 径的圆柱钢管垂直正交的相贯线 因此， 支管与 母管的接台处呈马鞍状。基于这一结构特点， 焊制的三通焊缝不同于管子的对接焊缝 ， 在焊 制技术上存在着相当大的难度。 2 1 三通的受力复杂 管道系统中的三通受力情况复杂。 是影响 管道安全运行的一个薄弱环节。由于结构形状 接焊缝来说 ， 接头属于角接形式 ， 力学性能差， 应力集中显著， 在焊接过程中造成的内应力大， 这就使三通的焊接性变差 大量的试验研究和工程实践表明， 三通在 内应力作用下的应力分布及强度特性是符台几 何相似原理的
4、。参看图 1 ， A、 口( D) 、 c处应力 最大， 这是焊接 技术应注意的一个重要问题。 对于支管与母管外径之比大于 1 ： 3 的三通， 只 要采取恰当的技术措施 ， 严格按照焊接工艺要 求加工制作， 可以改善三通的焊接性 ， 获得良好 的制作效果。 图1 三通的应力分布 2 2 三通主焊缝的单筋补强 三通母管因开孔会引起强度的削弱， 而且 母管与支管连接的焊缝断面尺寸， 较同工作参 数的管子对接焊缝变化大 ， 具有较大 内应力 因 素。为此 必须在焊接方法上严格控制热规范， 采取台理的焊接顺序及相应的消除应力措施。 在各类不同补强的焊制三通中， 采用单筋 补强的方式可以有效地提高母管
5、 的强度性能， 维普资讯 第3 期 杨炳彦： 单筋加强高压三通的焊制技术 而且它在制作上简单易行。试验证明， 在管子 外径与内径之 比1 2的情况下， 当补强钢筋 直径为 1 31 5倍 的母管壁 厚时， 抵 消 、 曰 ( D) 、 c区的应力值的效果甚佳， 使三通的爆 破值为母管的 1 0 2 。 2 3 对 口与坡 口加工 马鞍形的焊缝坡 口加工 困难 ， 各处的坡 口 角度要求不一， 很难保证对 口问隙及坡 口角度 的规定值。如加工和对口不当， 就会成为焊接 缺陷产生的主要原因。然而， 现代氩弧焊技术 的应用就会缓解这个矛盾， 采用氩弧焊打底电 弧焊盖面技术可以避免主焊缝根部未焊透、
6、裂 纹及烧穿缺陷的产生。 2 4 焊接操作工位的影响 三通主焊缝的施焊操作是全方位的， 焊缝 方向逐点在变化， 属高难工位的作业。因此， 对 操作焊工的技艺要求很高， 必须具备 4 5 嗦 位施 焊技术水平。为了保证焊接质量， 采用手工焊 时， 使三通主焊缝随时处于斜立位， 避免仰位焊 接， 最好设计制作一个工装旋转台， 使三通灵活 转动， 将焊缝的操作部位始终处于一个位置。 3 高压三通的焊制工艺 3 1 装配要求 为准确得到对口轮廓和坡口尺寸， 采用样 板下料法。即以支管与母管的展开图先制作下 料样板和坡 口制造样板 ， 如图 2 所示。 支管下料时， 先用下料样板贴紧管子外 壁 圆周划线
7、， 再按划线用气割法下料， 稍加打磨与 母管外壁相配， 合适后再用坡口制作样板划线， 并用气割去除多余部分， 坡口 表面用砂轮打光， 制成单 v形坡口， 坡口角的规范为： 、 c处 5 2 土 ， B、 D处 6 0土 ， 且 A _ B、 A _ D、 C _ 曰、 C D的角度递增。 馓 譬 剖面 I 剖面卫 剖面V 图2 三通母管、 支管下料及坡口制造样板 D外 一 三通管外径D内一 三通管内径 一主母管等分数 S 一 外圆周长的 1 S内一 内圆 周长的 1 f 】 3 5 、7 一 相应剖面上支管做坡口应切去的长度 母管按下料样板划线后 ，1 1 9 用气割开孔并打磨。为减少焊接 部
8、位的应力集中， 母管开孔后， 将 其内表面与切割面的交接处的直 棱尽可能打磨成较大的圆弧， 如图 3 所示。注意不可减薄焊缝与母 管的综合厚度 ， 否则会造成母管强 度削弱。 坡口及其接头的清洁程度按 承压管道的焊接工艺要求进行。 3 2 焊接工艺要点 三通的主焊缝焊接采用手工 氩弧焊打底、 电弧焊盖面的联合工 艺， 由经 4 5 。 斜位焊考试合格的高 压焊工担任施焊工作。 3 2 1 焊前准备与对口 点固 三通对 口点固前应 注意坡口 尺寸的复查， 选用的焊接材料与管 子钢材相匹配， 根据钢材的焊接性 能作好相应的预热措施准备。并 于焊接过程中始终保证预热状态， 维普资讯 1 2 安 装
9、1 9 9 7年 6月 预热温度为2 5 0 3 0 0 。 用钢筋作对 口定位， 用手工电弧焊在管子 接口外壁 A、 B、 C、 D处进行点固焊， 对 口间隙 以 2 53 0 m m为宜 。点固完成后 ， 将三通放 置在特制的工位转台上， 以便进行斜立位施焊。 图 3 母管孔内表面的打磨 3 2 2 施焊方法 施焊的方法及顺序见图4 所示。甲乙两名 焊工分为4 个区段进行对称施焊。在 A 、 B、 c 、 D处不停弧， 不更换焊条， 保证应力最大区不 产生焊接缺结。为减小内应力宜采用多层多道 焊， 层间的停弧或接头需错开 2 O 3 o l n 。主 焊缝的表面不必多敷焊道， 要求母管到支
10、管的 焊缝过渡呈凹形既弧， 以利加固钢筋紧贴焊缝 表面和应力水平的降低。 乙 一 图 4 三通主焊缝的施焊方法 3 2 3 加固钢筋的焊法 加固钢筋的焊接是在主焊缝射线探伤检查 合格之后进行。 加固钢筋的点焊与火煨是交替进行 ， 按 B A D c B E D的顺序， 如图5 0所示 边点边煨。注意制作时 B A、 A D、 D C、 C B段钢 筋应与主焊缝重合且紧贴。 焊接时， 第一道宜用较小的电焊条( cb 3 2 一 ) ， 尽量把电弧深入到钢筋与管子外壁之间 的根部使之紧密地焊合。其余焊层采用较大的 电焊条( 舛 0 5 0 m m ) ， 敷焊时亦宜对称焊 其表面形状如图5 b 、
11、 c 所示。当钢筋直径在 1 6 l n以下时焊 两层， 当直径在 1 83 0 n q m时可 焊 3 5层。 3 3 焊后热处理工艺 焊制高压三通一般都应进行焊后热处理， 以充分地消除内应力。可以采用箱式电阻炉、 工频或中频感应炉、 远红外线履带加热器进行， 其工艺规程视三通的材质不同而不同。 邀 c 目日_ 图5 加周筋的焊接 3 3 1 碳素钢焊制高压三通 碳紊焊制高压三通采用低温退火处理。即 加热温度6 5 0 7 0 0 ， 恒温时间为每毫米母管 壁厚 3 4 ra i n ， 随炉缓冷至 3 后再空冷。 3 3 2 铬钼耐热钢焊制高压三通 铬钼耐热钢焊制高压三通采用高温退火处 理
12、。即加热温度 9 0 0 9 3 0 ， 恒温时间为每毫 米母管壁厚 3 r a i n ， 以 3 4 r a i n的冷却连度 缓至 3 0 0 ， 然后再空冷 。 3 3 3 铬钼钒耐热钢焊制高压三通 用铬钼钒耐热钢焊制的高压三通采用正火 加 回火处 理。正火 时 的加 热 温度 为 9 8 0 1 0 0 0 ， 恒温时间为每毫米母管壁厚 1 m in ， 空 冷， 随后作回火处理， 加热温度为 7 4 0 7 6 0 ， 恒温时间为每毫米母管壁厚 3 m il l ， 以 1 O一 1 5 m in 的冷却连度冷却到 3 0 0 ， 然后再空 冷。 4 尚须注意的技术问题 从设备配套
13、上 ， 国内目前 尚无专 门焊制高 压三通的厂家， 只能根据管道系统的工况来确 定焊制工艺技术， 在安装现场配制。 ( 1 ) 焊制高压三通的材质与规格一般按 管道系统连接的管子材质规格选取的， 尽量避 免用异质钢管和异质加强钢筋来焊制高压三 ( 下转第4 2 页) 确 正 2 垫 维普资讯 4 2 安 装 1 9 9 7 年 6月 接施工体系组织中的生产部门发生行政上的隶 属关系， 只存在着业务上的关系。这些人员应 直接隶属于安装工程施工体系组织中的质量保 证部门或级别足够高的管理部门。 3 建立焊接组织体系的基本原则 焊接组织体系应按工作划分建立相应的完 整的分组织机构， 以保证整个焊接施
14、工活动的 顺利开展。这些分机构应包括负责总的管理协 调的部门、 负责材料管理的部门、 负责工艺试验 评定、 人员资格评定的部门、 焊接生产部门及质 量保证部门。除总的管理协调部门外， 其他分 组织都可能不是独立 的组织， 而 只是安装工程 施工体系组织中相应部门的一部分， 但不管怎 样， 在这些分组织之间都必须建立相应的接口， 以明确各 自的责任 ， 保持协调一致和相互联络 的畅通， 主要信息的交流必须通过相应的文件 ， 并对文件的类型和分发做出规定。 焊接体系组织应按工作需要配备相应的人 员， 这些人员 由焊接工程师、 焊接检查员、 焊接 材料管理人员 、 焊接指导、 焊接工长、 焊接班长、
15、 焊工、 无损检验人员、 焊接质量监督人员等组 成。所有这些人员都需按制定的培训大纲和程 序进行资格评定 ， 以确保这些人员达到并保持 足够的熟练程度。对于焊工则必须根据其工作 对象按相应的规定通过考试对其资格进行评 定， 并颁发资格证书； 无损检验人员亦应通过相 应的专业机构评定 ， 并获得资格证书， 以证明达 到和保持的业务水平。 整个焊接组织体系的活动必须以文件的形 式加以确定( 如工作细则、 程序、 图纸、 质量计划 等) ， 以使这些活动有章可循、 有法可依， 且规范 化， 不因人员变动而导致对整个体系活动产生 影响或改变整个体系的活动。在体系活动的过 程中， 还须不断地按规定为已实
16、施或正在实施 的焊接活动， 留下必要的证据文件( 记录) ， 如质 量计划、 检验报告、 焊接记录等， 以证明已实施 的活动是按规定完成的， 且达到了预期的质量 目标， 及正在实施的焊接活动是按规定进行的 焊接作为核电安装工程中的一主要工种， 它包括在安装工程的每一个具体项 目中的， 如 支架、 管道的预制、 安装， 容器的预制、 安装 ， 机 械设备的安装等。它既是每一项 目中的重要活 动， 又不能脱离其它工种的配合而独立完成项 目， 所以， 焊接施工体系的建立要充分考虑到这 一 特点。整个体系中既有独立的焊接部门， 又 有隶属于具体项目体系中的焊接部门 独立的 焊接部门负责焊接施工实施前
17、的准备( 如工艺 试验的确定 ， 完成工艺评定、 材料评定、 人员资 格评定、 程序准备等) 、 焊接施工过程中的协调 及施工过程中出现问题的处理等。具体项目中 的焊接部 门负责施工活动实施、 记 录及检查。 独立的质保检查部门中焊接组织负责对焊接生 产、 检查活动实施监督。 总之， 在这样的体系中， 必须具备明确的组 织机构， 体系的一切活动都是在这个机构的组 织下以文件的形式加以确定并有序地进行的 ； 组织机构中的每一岗位都有明确的职责、 权限 ， 且由称职的人员担任 ， 必要时需经过培训、 资格 评定 ， 每一个岗位人员有一定的权限并承担相 应的责任； 机构 内部和外部需建立正式的联系 渠道、 接口， 以明确相互之间的联系方式。 ( 收稿日期 1 9 9 6 1 1 一O 4 ) ( 上接第 1 2页) 通。这是因为除了三通本身结构原因以外， 还 存在着异质钢焊接性能问题 异质钢焊缝热应 力很大， 熔合区存在着碳迁移和淬硬组织问题， 易导致焊缝开裂而不易保证质量。 ( 2 ) 焊制高压三通制作之前 ， 必须作好焊 接性能试验和工艺评定工作， 以保证工艺技术 的可靠性和制件使用的安全性。 ( 3 ) 焊制高压三通 的主焊缝质量应以国标 I 级探伤标准检查， 避免焊接缺陷影响高压三 通的强度性能。 ( 收稿 日期1 9 9 6 1 0 2 6 ) 维普资讯