主要(yao)規格為(wei)40″-Class600、48″-Class600和(he)48″-Class900的高壓大口(kou)徑(jing)全焊接管(guan)(guan)(guan)線(xian)球閥(fa)是天然氣長管(guan)(guan)(guan)線(xian)輸(shu)送工程中的關鍵(jian)設備之一。要(yao)求閥(fa)門具有更(geng)高的可靠性(xing)(xing)、密封性(xing)(xing)和(he)強度。全焊接管(guan)(guan)(guan)線(xian)球閥(fa)結構形式的特殊性(xing)(xing)
1.概述
主要規格(ge)為(wei)40″-Class600、48″-Class600和(he)(he)48″-Class900的(de)高壓大(da)口徑全焊(han)接(jie)管線球閥是天然氣長管線輸送(song)工程中的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)備之一。要求閥門具(ju)有(you)更高的(de)可靠性、密(mi)封(feng)性和(he)(he)強度。全焊(han)接(jie)管線球閥結構(gou)形式的(de)特(te)殊性，使其(qi)制造技術難度相(xiang)對很(hen)大(da)。其(qi)技術難度主要表(biao)現：中體與(yu)左、右(you)體的(de)環縫(feng)焊(han)接(jie)收縮(suo)變形量；環縫(feng)及頸(jing)部的(de)焊(han)接(jie)質量；零(ling)部件(jian)加工精度和(he)(he)公(gong)差配合。
高壓大口徑全(quan)焊接管(guan)線(xian)(xian)球閥(fa)以往只(zhi)有少數發達國家掌握(wo)制造技(ji)術，所以只(zhi)能長期依賴于進(jin)口。為了實現全(quan)焊接管(guan)線(xian)(xian)球閥(fa)的國產化，我(wo)們(men)積極參與(yu)攻關(guan)試驗工作，經過努(nu)力，已(yi)經取得了圓滿成功并通過國家能源局的鑒定。
2.全焊接(jie)管線球閥焊接(jie)的技術難(nan)點
2.1 焊接技術難點
圖1 全焊接管線球閥(fa)
閥門中體和左、右(you)體的(de)(de)環縫焊(han)(han)接及中體和頭頸座角焊(han)(han)縫焊(han)(han)接是管線球閥焊(han)(han)接的(de)(de)技術難點。主要(yao)是解決焊(han)(han)接收縮(suo)量的(de)(de)控制、零部件加工精(jing)度和公差配合的(de)(de)控制和焊(han)(han)縫焊(han)(han)接質量的(de)(de)控制難點。
2.2 焊接工(gong)藝方法的選(xuan)擇(ze)
閥門焊(han)接(jie)(jie)目前比較常用(yong)(yong)的(de)(de)是手(shou)工(gong)電弧(hu)(hu)焊(han)（SMAW）工(gong)藝、氣體保護焊(han)（GMAW）工(gong)藝和埋弧(hu)(hu)自動(dong)焊(han)（SAW）工(gong)藝。我們傾(qing)向于選用(yong)(yong)比較成(cheng)熟的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝方(fang)法，并綜合考慮(lv)與之配套的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)材料的(de)(de)齊全性、焊(han)接(jie)(jie)電弧(hu)(hu)燃(ran)燒(shao)穩(wen)定性、焊(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)(de)致密性和力(li)學性能(neng)、對(dui)焊(han)工(gong)技(ji)能(neng)水(shui)平(ping)要求、焊(han)接(jie)(jie)效率等方(fang)面(mian)因素。通(tong)過(guo)分析(xi)比較，認為埋弧(hu)(hu)自動(dong)焊(han)（SAW）工(gong)藝方(fang)法可以滿足球閥焊(han)縫(feng)的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)要求，并通(tong)過(guo)自動(dong)化可實現連續不間斷地焊(han)接(jie)(jie)，此(ci)時環縫(feng)的(de)(de)環向溫度相(xiang)對(dui)比較均勻(yun)，基本上能(neng)夠(gou)控制球閥的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)收縮變(bian)形量。
2.3 管線球閥焊縫埋弧焊工(gong)藝
2.3.1 中體(ti)與左、右體(ti)環縫埋弧焊工藝
根據全焊接(jie)管線球閥(fa)(fa)結構形(xing)式的特殊性，環縫(feng)焊接(jie)坡(po)口形(xing)式采(cai)用較窄間隙的焊接(jie)坡(po)口，以降低球閥(fa)(fa)環縫(feng)的熔敷金(jin)屬(shu)量(liang)(liang)和(he)焊接(jie)熱(re)輸入量(liang)(liang)，從(cong)而(er)減小環縫(feng)的焊接(jie)應力水平，保證(zheng)環縫(feng)的焊接(jie)質量(liang)(liang)。
2.3.1.1 較窄間隙埋弧焊工藝概述
較(jiao)窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)形式(shi)（相對(dui)于窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)，窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)角度(du)為1.5～2。較(jiao)窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)角度(du)為5。，并且采(cai)用普通(tong)埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)設(she)備，在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)導電桿、焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料和操作技能(neng)(neng)上的(de)改進，來實現較(jiao)窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。較(jiao)窄(zhai)(zhai)間(jian)隙(xi)埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)工藝與普通(tong)埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)相比有如下(xia)優點：①焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)窄(zhai)(zhai)、焊(han)(han)(han)縫截面(mian)積小；后(hou)層焊(han)(han)(han)道對(dui)前(qian)(qian)層焊(han)(han)(han)道的(de)重復加(jia)熱，起到了(le)對(dui)前(qian)(qian)層焊(han)(han)(han)道的(de)回火作用。②焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱輸入量(liang)低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)熱影響(xiang)區(qu)域小，接(jie)(jie)頭(tou)的(de)力學性能(neng)(neng)得到了(le)改善，特別(bie)對(dui)低溫沖擊韌(ren)性。③熔敷金屬量(liang)少，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)應力水(shui)平和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)收縮變形量(liang)降低。
2.3.1.2 較窄間(jian)隙埋弧焊的工藝參(can)數
（1）焊道(dao)排(pai)列形式
每層(ceng)雙(shuang)(shuang)道焊(han)(han)有較窄的(de)焊(han)(han)接坡口、對焊(han)(han)接設備的(de)要求低、工藝(yi)性能大為改善的(de)優點，所以在管線球閥(fa)環縫采用較窄間隙埋弧焊(han)(han)焊(han)(han)接工藝(yi)中，宜采用每層(ceng)雙(shuang)(shuang)道焊(han)(han)的(de)焊(han)(han)道排列形(xing)式。
圖2 較窄(zhai)間隙焊接坡(po)口形式
（2）焊絲直(zhi)徑和牌(pai)號
較窄間(jian)隙埋弧焊時，采用的(de)焊絲(si)直徑(jing)為：Φ1.6mm；其牌號為：H10Mn2（EH14）。細絲(si)埋弧焊，其焊接熱輸入(ru)(ru)量(liang)一般(ban)(ban)控制在(zai)14～20kJ/cm.之(zhi)間(jian)（常(chang)規(gui)普通埋弧焊的(de)焊接熱輸入(ru)(ru)量(liang)一般(ban)(ban)在(zai)36～40kJ/cm.之(zhi)間(jian)），熱輸入(ru)(ru)量(liang)較低(di)，閥(fa)體的(de)收(shou)縮變形量(liang)可以降低(di)。
（3）焊(han)劑脫(tuo)渣(zha)性能
為了(le)確(que)保焊(han)(han)(han)縫金屬的力學性(xing)(xing)(xing)能，特(te)別是低溫沖擊韌性(xing)(xing)(xing)，焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)選擇堿度比(bi)較高的堿性(xing)(xing)(xing)燒結型焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)。通過焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)脫渣(zha)性(xing)(xing)(xing)能及焊(han)(han)(han)接電弧燃燒穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)工藝試驗，zui終確(que)定(ding)(ding)選用堿度為2.5的焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)：SJ102（CHF102）。
（4）合(he)理的焊接工(gong)藝規范(fan)參(can)數
焊接工藝(yi)規范(fan)參數，是影響焊接質量的關鍵。
表1 焊接工藝參數
2.3.2 中體與頭頸(jing)座角焊縫(feng)埋(mai)弧焊工藝
2.3.2.1 焊接工藝(yi)方式的(de)選擇
采用焊(han)(han)(han)接設(she)備坐于頭頸(jing)座，并與其內徑卡(ka)住，焊(han)(han)(han)接導(dao)電(dian)桿伸入頭頸(jing)座的(de)焊(han)(han)(han)接坡(po)口內，并沿頭頸(jing)座圓弧運動(dong)(dong)進行埋弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接。工藝方法是(shi)工件不動(dong)(dong)，導(dao)電(dian)桿運動(dong)(dong)。優點：設(she)備的(de)一次(ci)性投資較小；設(she)備占用的(de)生產場地較小；裝配(pei)比較簡單。
2.3.2.2 頭頸座角(jiao)焊縫自動埋(mai)弧焊工(gong)藝參數
焊(han)接(jie)(jie)設備(bei)主(zhu)要(yao)借鑒電站鍋爐行業在小(xiao)直徑、薄(bo)壁（≤20mm）管(guan)座(zuo)角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)埋弧(hu)焊(han)工(gong)藝(yi)應用的(de)成功經驗，提出的(de)技術(shu)方(fang)案。在頭頸座(zuo)直徑、壁厚較大時，我們(men)提出將導(dao)電桿(gan)彎成一定(ding)角(jiao)度(du)，導(dao)電桿(gan)能伸入到角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)內，來滿足(zu)角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)埋弧(hu)焊(han)工(gong)藝(yi)的(de)需要(yao)。角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)焊(han)接(jie)(jie)選用焊(han)絲、焊(han)劑牌號(hao)與(yu)環縫(feng)(feng)(feng)相同。需解決(jue)的(de)技術(shu)難點。：角(jiao)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)坡(po)口(kou)形(xing)式和焊(han)道的(de)排道形(xing)式。
（1）焊接坡口形式(shi)
考慮到焊接時的熔敷金屬在重力的作用及焊縫根部的焊接質量，選用的是帶鎖底的坡口形式（如圖3所示）。該坡口的焊接工作量特別大，在掌握焊接要點及焊接技巧后，對坡口角度由45°減(jian)小到40°，中體(ti)由(you)原先水(shui)平改為水(shui)平出(chu)來20mm后為向上翹20。角度的倒坡(po)(po)(po)口（修(xiu)改后的坡(po)(po)(po)口形式如圖4所示），坡(po)(po)(po)口修(xiu)改前后的焊絲用量(liang)由(you)原120kg減(jian)少到20kg，大約減(jian)少了60%以上的焊接工(gong)作量(liang)。
圖3 頭(tou)頸(jing)座(zuo)角焊縫坡(po)口形式
圖4 改進后的頭頸座角焊(han)縫坡口形式(shi)
3.焊接(jie)設備(bei)的技術參數(shu)
; 根據全(quan)焊接管(guan)線(xian)球閥(fa)的(de)規格及重量，提出了焊接機架(jia)的(de)形式、滾輪架(jia)的(de)形式、焊接設(she)備的(de)各(ge)項技(ji)術參數，使焊接設(she)備其能夠滿足(zu)各(ge)種規格球閥(fa)環縫(feng)和頭頸座角焊縫(feng)的(de)焊接需要。
環縫焊接(jie)設備(bei)的(de)技術參數：①焊接(jie)電(dian)源要求能夠適合細絲（Φ1.6mm）的(de)平特性(xing)曲線等速送絲。
②在焊接(jie)電源(yuan)暫(zan)載率(lv)為100%，焊接(jie)電流(liu)在100～500A的范圍內無級連(lian)續(xu)可調(diao)。
③焊接電壓在25～35V的范圍內無級連續可調(diao)。
④采用的焊(han)接導(dao)電(dian)桿、焊(han)接導(dao)電(dian)嘴及焊(han)劑料斗，導(dao)電(dian)桿在焊(han)接過(guo)程中的上、下、左、右(you)的調整，使其能迅速到達(da)焊(han)接位置。
⑤焊接滾輪架重量為：20T和60T，旋轉(zhuan)線速(su)度要求在100～400mm/min的(de)范圍內(nei)無級連續可(ke)調(diao)，轉(zhuan)速(su)平(ping)穩。
4.焊接(jie)工(gong)藝驗(yan)證試驗(yan)及焊接(jie)工(gong)藝評定試驗(yan)
根據全(quan)焊接(jie)管線(xian)球(qiu)閥中體與左、右體環(huan)縫(feng)(feng)的材(cai)料、規格及技術要求，我們模擬球(qiu)閥中體與左、右體環(huan)縫(feng)(feng)進行工(gong)(gong)藝(yi)性驗(yan)(yan)(yan)證試驗(yan)(yan)(yan)和(he)工(gong)(gong)藝(yi)評定(ding)(ding)試驗(yan)(yan)(yan)工(gong)(gong)作(zuo)，以滿足美國(guo)ASME規范Ⅸ卷和(he)JB4708焊接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)評定(ding)(ding)標準。試驗(yan)(yan)(yan)用筒(tong)體材(cai)料選用ASTMA-350LF2材(cai)料。焊接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)評定(ding)(ding)試驗(yan)(yan)(yan)的力(li)學性能試驗(yan)(yan)(yan)項目，增加了0℃和(he)-46℃的低溫沖擊(ji)韌性的考(kao)核。
因前期(qi)對全焊接管線球閥環縫焊接的(de)可行性方案(an)認證(zheng)及準(zhun)備(bei)工作(zuo)(zuo)比(bi)較充分(fen)，分(fen)析(xi)得比(bi)較透徹，所以(yi)工藝(yi)驗(yan)證(zheng)性試驗(yan)和(he)工藝(yi)評定(ding)試驗(yan)工作(zuo)(zuo)取(qu)得成功，達到了預期(qi)的(de)目標，為今后的(de)生產提供了有力的(de)保障(zhang)。
5.全(quan)焊接(jie)管線(xian)球閥生產
由于(yu)在(zai)全焊接(jie)管線球閥生產時，環縫(feng)焊接(jie)的焊接(jie)參數控制得比較嚴(yan)格(ge)，環縫(feng)焊接(jie)后(hou)的閥體焊接(jie)收縮(suo)量(liang)(liang)均勻，基本控制在(zai)一(yi)定的范圍(wei)內，所以球閥焊接(jie)后(hou)的開啟性能良好；壓力試(shi)驗均無(wu)泄漏的現象；球閥環縫(feng)經(jing)超聲波(bo)（UT）無(wu)損探(tan)傷檢驗，焊接(jie)質(zhi)量(liang)(liang)良好，焊縫(feng)質(zhi)量(liang)(liang)的合格(ge)率為100%。
根據全焊(han)(han)接大口(kou)徑(jing)管線(xian)球閥的(de)結構和(he)選用的(de)材料及西氣東(dong)輸二線(xian)工(gong)程(cheng)全焊(han)(han)接大口(kou)徑(jing)管線(xian)球閥試制技術規格書(shu)對球閥焊(han)(han)縫的(de)焊(han)(han)接要求，設計(ji)了管線(xian)球閥的(de)焊(han)(han)接工(gong)藝。
其焊縫(feng)的焊接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)主要以埋弧(hu)焊工(gong)(gong)藝(yi)為主，并輔有手工(gong)(gong)氬弧(hu)焊工(gong)(gong)藝(yi)。具(ju)體焊接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)設計如下：
①中體(ti)與左、右體(ti)環縫(feng)，采(cai)用埋(mai)弧焊工(gong)藝。
②左、右體(ti)與(yu)過(guo)渡(du)段的環(huan)縫(feng)，采用埋弧焊(han)工(gong)藝。坡口形式與(yu)中體(ti)與(yu)左、右體(ti)環(huan)縫(feng)相(xiang)同(tong)。環(huan)縫(feng)焊(han)接后(hou)采用內(nei)壁內(nei)鏜的加工(gong)形式，加工(gong)至圖紙規定之尺寸。
③過渡段與袖管(guan)的環(huan)縫，采用手工氬弧焊封底(di)，埋弧焊工藝。
④中(zhong)體與頭頸座(zuo)角焊縫，采用(yong)角焊縫焊接(jie)設(she)備進行埋弧焊焊接(jie)。坡口形(xing)式為管座(zuo)單面開45。帶鎖底的單V形(xing)坡口。焊接(jie)后(hou)采用(yong)內(nei)壁內(nei)鏜的加工形(xing)式，加工至(zhi)圖紙規(gui)定之尺寸。
⑤其它引流管角焊縫(feng)，采用(yong)手工氬(ya)弧(hu)焊的焊接工藝。
⑥支撐(cheng)座(zuo)、吊耳(er)的(de)角焊(han)縫，采用手工電弧焊(han)的(de)焊(han)接(jie)工藝。
; 6.全(quan)焊(han)接大(da)口(kou)徑管(guan)線球閥(fa)焊(han)接工藝(yi)評定(ding)
根據焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)方案設(she)計，按美國ASME規(gui)范Ⅸ卷、JB4708焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)評(ping)(ping)定標準的(de)(de)要求，在管線球(qiu)閥生產前，我們(men)共進行了11項(xiang)(xiang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)評(ping)(ping)定（焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)評(ping)(ping)定項(xiang)(xiang)目及選用的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料等(deng)見表2）；焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)評(ping)(ping)定的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)力學(xue)性能(neng)試驗項(xiang)(xiang)目，特別是低溫沖擊韌(ren)性試驗項(xiang)(xiang)目，將(jiang)根據ASTM材(cai)料標準規(gui)定的(de)(de)試驗溫度進行。
表2 焊(han)接工(gong)藝評(ping)定(ding)項目
7.全焊接(jie)大口徑(jing)管線球閥的焊接(jie)
為了(le)滿(man)足西(xi)氣(qi)東輸二線工(gong)程全焊接(jie)大口徑管線球閥試制技術規格書(shu)的要求，確(que)保球閥的制造質(zhi)量，我們(men)編制了(le)焊接(jie)工(gong)藝(yi)一(yi)覽表，規定了(le)球閥各焊縫的焊接(jie)工(gong)藝(yi)、焊接(jie)材料、zui低預熱(re)溫度、zui高層(ceng)間溫度和焊縫的焊后熱(re)處理制度及(ji)(ji)熱(re)處理前后的無損探傷(shang)檢驗方法及(ji)(ji)比例，在球閥生產試制工(gong)作中嚴格按一(yi)覽表的要求進行。
8.結論
通(tong)過試驗(yan)及生產，掌(zhang)握了全焊接(jie)大(da)口徑(jing)球閥的焊接(jie)關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)及球閥各(ge)零件的加工(gong)質量控制(zhi)的技(ji)(ji)術(shu)要點，經鑒(jian)定暨驗(yan)收委員會審核，認為焊接(jie)工(gong)藝(yi)方案能保證質量。
通(tong)過此次球閥生產試(shi)制得出以下結論：
①全焊接球閥(fa)制定的(de)焊接工(gong)藝方案正確，切實可行，滿足了球閥(fa)焊縫(feng)的(de)焊接技術(shu)要求，特別(bie)是在頭頸(jing)座與中體角(jiao)焊縫(feng)的(de)埋弧焊工(gong)藝的(de)應用，*。
②焊(han)接(jie)工(gong)藝評定試驗(yan)方案(an)正確，焊(han)接(jie)材料(liao)選(xuan)用合理，球(qiu)閥焊(han)縫的(de)焊(han)接(jie)質量良好(hao)，滿足(zu)了(le)全焊(han)接(jie)大(da)口徑管線球(qiu)閥試制(zhi)技術規(gui)格(ge)書(shu)的(de)要求。
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