长输管线全焊接球阀焊接工艺慨述

摘要 ：介绍了全焊接球阀阀体及焊接材料 、焊接方法 、焊接结构和焊接工艺 ，进行相关试验对焊接材料 、结构及工艺优化和验证 。

关镇词 ：全焊接球阀 ；材抖；焊接工艺

一 、前言

长输管线阀门是油气管道为实现集输 、分输和调节输量 ，以及为实现站内循环 、设备连通 、倒罐 、越站及清管器收发等作业所使用的控制部件 ；既是保证管道运行安全的设备 ，又是进行管道输送自动控制和运行调度的主要工艺设备 。

在长输管线阀门中 ，尤以管线球阀使用居多 。在国家重点管道工程中 ，主干线截断阀全部采用进口大口径全焊接球阀 ，要求使用寿命必须达到 30 年及以上 。支线及站场 26in 以下规格截断阀采用分体式球阀 。综观重点管道工程所采用的全焊接球阀 ，其主要特性有 ：① 可靠性高 ，阀体具有足够强度 ，外泄漏部位少 ，活动部件耐磨 ，在颊繁操作下能长期正常运行 。② 密封性好 ，在高压和在油 、气长期浸泡下不泄漏 。③ 开关灵敏性高 。④ 油气通过时阻力小 。③ 重量轻 ，安装简便。⑥ 能在全天候条件下工作 。⑦ 具有防火 、防静电等功能 。等道工程的发展与建设 ，极大地促进了管线球阀的设计 、制造 、工艺的进步 ，同时对管线球阀提出了更高的要求 。

全焊接球阀是一种典型的焊接产品 ，目前 ，部分国内厂家通过技术引进或自主研发的方式 ，已实现全焊接球阀的国产化 ，改变了全焊接球阀完全依赖进口的局面 。但因前期使用业绩的影响 ，很少能在重点工程中得到应用 。

从全焊接球阀阀体及焊接材料 、焊接方法 、焊接结构 、焊接工艺及相关试验等方面进行总结 ，为 全焊接球阀的生产指导和用户使用提供参考 。

二 、阀体与焊接材料分析

1. 阀体材料成分分析

全焊接球阀阀体材料通常采用碳素钢或低合金钢 ，如 ASTM A105 、A694 、A350 、A516 等 ，其化学成分对焊接时结晶裂纹的形成有着重要影响 。焊接时 ，焊缝中的 S 、P 等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶 。其中硫对形成结晶裂纹影响最大 ，但其影响又与钢中其他元素含最有关 ，如 Mn 与 S 结合成 MnS 而除硫 ，从而对 S 的有害作用起抑制作用 。Mn 还能改善硫化物的性能 、形态及其分布等 。因此 ，为了防止产生结晶裂纹 ，对焊缝金属中的 Mn/S 值有一定要求 。Mn/sS 值多大才有利干防止结晶裂纹 ，还与含碳量有关 。含 C 量愈高 ，要求 Mn/S 值也愈高 。Si 、Ni 及杂质的过多存在也会增加 S 的有害作用 。

严格控制阀体材料采购时的化学成分 ，制定相关的材料采购标准，是有效避免阀门焊接时产生结晶裂纹的有效途径之一 。

2. 焊丝与焊剂选择

(1)焊丝材料选择 焊丝主要作为填充金属 ，向焊缝添加合金元素 ，直接参与焊接过程中的冶金反应 ，其化学成分和物理性能不仅影响焊接过程中的稳定性 、焊接接头性能和质量 ，同时还影响着焊接生产率 。

焊丝材料的选择主要根据阀体材料来进行 。对常用阀体材料 ，通常所选用的焊丝材料有碳素钢焊丝如 H08MnA 、低合金钢焊丝如 H10Mn2 。同时 ，焊丝直径的选择对焊缝形状也有着较大影响 ，在焊接电流 、电弧电压 、焊接速度一定时 ，焊缝熔深与焊丝直径成反比 ，熔宽与焊丝直径成正比 。对于全焊接球阀常采用的埋弧自动焊 ，其焊丝直径一般为 2.5~6mm 。

(2)焊剂材料选 择焊剂在焊接过程中起隔离空气 、保护焊缝金属不受空气浸害和参与熔池金属冶金反应的作用 。当焊丝确定后 ，配套用的焊剂则成为关键材料 ，它直接影响焊缝金属的力学性能(特别是塑性及低温韧性) 、抗裂性能 、焊接缺陷发生率及焊接生产率等 。

这就要求焊剂必须具有良好的冶金性能和工艺性能 ；颗粒度符合要求(普通焊剂颗粒度为 0.45~2.50mm ，0.45mm 以下的细粒不得大于 5% ，2.50mm 以上的粗粒不得大于 2% ；细颗粒度焊剂粒度为 0.28~1.425mm ，0.28mm 以下的细粒不得大于 5% ，1.425mm 以上的粗粒不得大于 2%) ；含水量 w(H₂O)≤0.10% ；机械夹杂物的含量不得大于 0.30%(质量分数) ；含硫磷量 w(S)≤0.060% ，w(P)≤0.080% 。

根据所选用焊丝材料 ，及阀体材料化学成分 ，焊剂多选用高硅型熔炼焊剂或高碱度烧结型焊剂 。

三 、焊接坡口形式

全焊接球阀采用埋弧自动焊 ，配合以空冷或风冷方式进行焊接 。

长输管线球阀锻钢阀体壁厚通常在 40~50mm 以上 ，宜采用窄间隙坡口埋弧焊 ，坡口底层间隙为 8~35mm ，坡口角度为 1°~7° ，每层焊缝道数为 1~3 ，常采用工艺垫板打底焊 。为使焊丝送达窄坡底层 ，需设计能插人坡口内的专用窄焊嘴 ，焊丝向下伸长度常取 45~75mm ，以获得较高熔敷速率 。焊接时采用专用焊剂 ，其颗粒度一般较细 ，脱渣性应特好 ，并满足高强韧性焊缝金属性能 。为保证焊丝和电弧在深而窄坡口内的正确位置 ，必要时须采用自动跟踪控制 。

四 、焊接过程及分析

1. 影响焊缝形状 、性能的因素

(1)焊接艺参数的影响

1)焊接电流 。当其他条件不变时 ，熔深与焊接电流变化成正比 ，电流小 ，熔深浅 ，余高和宽度不足 ；电流过大 ，熔深大 ，余高过大 ，易产生高温裂纹 。

2)电弧电压 。电弧电压与电弧长度成正比 ，在相同的电弧电压和焊接电流时 ，如果选用的焊剂不同 ，电弧空间电场强度不同 ，则电弧长度不同 。当其他条件不变时 ，电弧电压低 ，熔深大 ，焊缝宽度窄 ，易产生热裂纹 ；电弧电压高时 ，焊缝宽度增加 ，余高不够 。埋弧焊的电弧电压是依据焊接电流调整的 ，即一定焊接电流要保持一定的弧长才可能保证焊接电弧的稳定燃烧 ，所以电弧电压的变化范围是有限的 。

3)焊接速度 。焊接速度对熔深和熔宽都有影响 ，通常情况下熔深和熔宽与焊接速度成反比 。焊接速度对焊缝断面形状也有影响 ，一般焊接速度过小 ，熔化金属量多 ，焊缝成形差 ；焊接速度较大时 ，熔化金属量不足 ，容易产生咬边 。实际焊接时 ，为了提高生产率 ，在提高焊接速度的同时必须加大电弧功率 ，才能保证焊缝质量 。

4)焊丝直径 。焊接电流 、电弧电压和焊接速度一定时 ，熔深与焊丝直径成反比关系 ，但这种反比关系随电流密度的增加而减弱 。

(2)工艺条件对焊缝成形的影响

1)焊缝坡口形状 、间隙的影响 。在其它条件相同时 ，增加坡口深度和宽度 ，焊缝熔深增加 ，熔宽略有减小 ，余高显著减小 。

2)焊剂堆高的影响 。焊剂堆高应保证在丝极周围埋住电弧 ，一般在 25~40mm 。当使用黏结焊剂或烧结焊剂时 ，由干密度小 ，焊剂堆高比熔炼焊剂高出 20%~50% 。焊剂堆高越大 ，焊缝余高越大 ，熔深越浅 。

3)焊丝 、焊嘴与工件倾角对焊缝成形也有较大的影响 。在全焊接球阀焊接过程中 ，应尽量保证焊嘴、焊丝垂直干工件表面 。

2. 焊接及分析

焊接试验采用圆筒进行 ，材料 A105 。其主要目的是试验验证和确定阀体原材料 、焊丝直径 、焊剂牌号 ，优化焊接坡口结构及焊接参数 ，预测和控制焊接时温度变化、变形量和焊接残留应力 ，为全焊接球阀的生产设计提供参考依据。焊接试验系统由电流电压测量系统 、位移变形测量系统 、温度测量系统三部分组成 。

1)焊接时温度侧定 。根据温度测定的结果(如图 1 所示) ，在球阀焊接时 ，控制层间温度不超过阀座密封圈的安全使用温度 150℃ ，不会对阀门密封性能造成影响 。

• 上一个 ：[埋地式全焊接球阀安装方法和操作]
• 下一个 ：[全焊接球阀的特性和设计参数]