隨著油氣工業的發展,市場對天然氣壓縮機的排氣壓力越來越高,除了對壓縮機的主機部件有較高的質量要求外,對工藝管線的強度、韌性和焊接性提出了愈來愈高的要求。支管臺指在主管上開孔焊接整體補強的管件。隔熱管托
往復活塞式壓縮機式最常用的容積式壓縮機,具有技術成熟、壓力范圍廣、熱效率高、適應性強、排氣量調節范圍大、材料要求不高等優點,廣泛應用于石油和化工等領域的各類氣體壓縮機場合。
對焊支管臺常用于主管和安全閥支管之間的過渡連接,螺紋支管臺常用于主管和測溫測壓端之間的過渡連接。
與傳統的連接型式相比,支管臺連接具有安全可靠、降低造價、施工簡單、改善介質流道、系列標準化、設計選用方便等突出優點。隔熱管托
但是,支管臺特殊結構和焊縫形式增加了檢測難度和工藝復雜性[3],焊接施工過程中的未焊透很難科學的檢測出并有效的返修。接頭中的未焊透對結構影響極大,它減少了焊縫的有效承載面積,降低了焊接接頭的強度并造成了應力集中,增大了機組的安全風險。
支管臺焊接接頭內部形貌觀察分析
實際生產過程中支管臺連接焊縫存在大量未焊透現象。造成未焊透的可能原因有開孔不規則、組對間隙太小、焊接位置不當、電流太小、運行速度太快、電弧發生吹偏等。
原因分析
1、開孔不規則
采用機械開孔的焊縫。從圖中可以看出,在其他因素不變的情況下,采用機械開孔,焊縫根部極大部分區域仍然存在未焊透,說明開孔不規則不是造成焊縫未焊透的主要原因。
2、調整組對間隙隔熱管托
調整組對間隙后火焰開孔方式的焊縫外觀如圖4所示,機械開孔方式的焊縫外觀如圖5所示。從圖4和圖5中可以看出,大部分地區均已經焊透,說明組對間隙是未焊透的主要原因。
立焊和仰焊位置焊透效果不佳,由于這2個位置和平焊相比,不能像平焊位置那樣在重力下促使熔滴脫離焊絲末端有利于熔池過渡。
采用手工鎢極氬弧焊打底,平焊位置焊接焊槍的可達性更好以及焊易觀察熔池,焊工更易采用短弧焊接,熱量更集中,熱影響區更小,變形更小,有利于提高焊接質量。
不同組對間隙與焊透率的關系如表1所示,從表1可以看出間隙過小和過大都不利于焊透。間隙過小,焊槍不易深入到焊縫根部,電弧不能很好的通過間隙過渡到焊縫背面。
間隙過大,熔孔太大,極易燒穿,焊縫背面過于凸起,不利于氣體流通,且不利于連接測溫、測壓等零部件。當間隙為2.5~5 mm時,大幅提高單個支管臺焊縫焊透長度比。
在保證合理的間隙下,機械開孔方式的單個支管臺焊透長度略大于火焰開孔,焊縫外觀質量也優于火焰開孔,這是因為采用機械開孔有利于保證組對間隙均勻,焊縫寬度差和余高差較低。
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3、保證焊接位置
采用機械加工坡口以及保證組對間隙的基礎上,調整焊接位置,焊件處于平焊位置焊接,結果如圖6、7所示,從圖中可以看出,同一支管臺焊透區域達到了100%。
對完整試樣進行射線探傷,所有區域均達到了域級要求,說明全部焊透,并且無未融合、夾雜缺陷。
參數驗證
探傷合格的試樣經切割、打磨、腐蝕后的焊縫微觀組織如圖8所示,熱影響區微觀組織如圖9所示。圖8組織主要為鐵素體、珠光體,圖9組織主要為鐵素體、索式體。
焊縫區及熱影響區中無魏式組織且出現針了狀鐵素體組織,針狀鐵素體在奧氏體晶內形核、長大,具有細化奧氏體晶粒、提高焊焊縫和熱影響區金屬韌性的作用。隔熱管托
針狀鐵素體中具有細小的亞晶結構和高密度的可移動位錯,易于實現多滑移,有益于性能的提高[6]。
采用同樣的參數焊接管與管對接試件,焊縫區及熱影響區經檢測得到相類似的組織,制作的彎曲試樣經檢測滿足標準要求,制作的拉伸、沖擊試樣經檢測超過標準要求值。
防范應對措施
(1)對入廠的支管臺嚴格按照其制造標準驗收,確保其形狀、尺寸與公差等滿足要求,防止制造不標準影響焊縫質量,組對時合理控制組對間隙。
(2) 采用滿足要求的焊工進行施焊,防止焊工技能影響支管臺焊透,預制支管臺和主管,支管臺和主管焊縫處于平焊位置焊接,有利于支管臺焊透。
(3) 嚴格按工藝要求清理、加工、組對、施焊、記錄、檢驗等。隔熱管托
結論
(1)焊接間隙過小或過大是影響支管臺是否焊透的主要原因,支管臺和主管的間隙宜為2.5~5 mm。
(2) 支管臺和主管處于平焊位置焊接,重力下推動熔池過渡,焊槍的可達性更好,焊工更易觀察熔池,有利于支管臺焊透。
(3)在保證合理的間隙下,采用機械開孔方式有利于提高單個支管臺焊透長度比以及焊縫外觀質量。隔熱管托
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