燃气工程施工-05第五章-燃气管道和储气罐的焊接

第五章燃气管道和储气罐的焊接•管道连接方法有很多种，最常用的有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接和胀管连接等五种。施工中，应根据管材、管径、壁厚、工艺要求以及施工现场的具体条件等不同情况，分别选用各种不同的连接方法。•焊接是指通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊口强度高，严密性好，不需要配件，成本低，使用维护方便；但不能拆卸，接口操作工艺要求较高。•焊接的方法很多，有气焊、手工电弧焊和气体保护焊等。第一节焊接概述一.气焊和气割•利用气体燃烧火焰作热源的容焊（利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产生的高热熔化焊件和焊丝而进行金属连接）叫气焊。•原理：依靠燃气和氧气发生剧烈的燃烧反应产生的火焰热量加热和熔化母材和焊丝，从而形成焊接接头。•所用的可燃气体主要有乙炔气、液化石油气、天然气及氢气等。•适用场合：可用来焊接DN57mm、壁厚在3.5mm以下的碳钢管、铜管、铝管、铅管等。特殊情况下，也可用于管径较大管壁较薄的管子焊接，但是不锈钢管道不准许用气焊进行焊接。•缺点：由于气体火焰温度低（3100～3300℃），热量比较分散，生产效率低，焊接变形大，接头性能较差。••氧气切割：利用金属在高温（金属燃点）下与纯氧燃烧的原理而进行的切割。•原理：预热——燃烧——吹渣。氧气切割条件•1）金属的熔点应高于其本身的燃点。•2）金属气割时形成的氧化物的熔点要低于金属本身熔点，且流动性好。•3）金属在切割氧流中燃烧应该是放热反应。•4）金属的导热性不应太高。•5）金属中阻碍气割过程和能提高钢的可淬性的杂质要少。•气割一般适用于切割DN≥100mm的普通钢管和低合金钢管，不适用于铜管、铝管和不锈钢管。1．气焊、气割装置•（1）氧气瓶•要求氧气纯度达到98％以上。体积为38～40L、储气6～7Nm3、储存压力15MPa、氧气工作压力1.5MPa。•使用时，氧气瓶应远离操作地点10m，避开高温及日晒。使用时氧气不得全部用光，到0.3～0.5MPa时应停止使用。（2）乙炔气瓶•贮存和运输乙炔气的容器，碳素钢制成。乙炔容器为5～6L，工作压力为0.03MPa。•使用时不得水平放置，应竖直使用。•乙炔发生器：•电石（CaC2）+水（H2O）→乙炔（C2H2）距离不应小于5m。（3）减压阀•作用：将瓶内高压气体调节成工作需要的低压气体，并保持输送出气体的压力和流量稳定不变。•氧气减压阀（氧气表）•乙炔气减压阀（乙炔气表）操作步骤和注意事项：•①装减压阀前，要略打开气瓶阀门，放出一些气体、吹净瓶口杂质随后关闭。操作时瓶口不能朝人体方向，人应站在侧面操作。•②检查各接头是否拧紧，有无滑扣现象。调节螺丝应处于松开位置。•③装好减压阀，再开启瓶上阀门，查看减压阀工作是否正常，各部分有无漏气现象，待一切正常后再接氧气胶管和乙炔气胶管。（4）焊炬•焊炬的作用是将氧气和乙炔气按一定比例混合，并以一定速度喷出燃烧，产生适合于焊接要求的、燃烧稳定的火焰。目前我国成批生产和应用最多的氧-乙炔焊炬是射吸式焊炬。•射吸式焊炬的工作原理是：打开氧气阀，具有一定压力的氧气便经氧气导管进入喷嘴，并以高速喷入射吸管，使喷嘴周围形成真空，而将乙炔管中的乙炔（打开乙炔阀针时）吸入射吸管，经混合管充分混合全，由焊嘴喷出经点燃而成火焰。射吸式焊炬（5）割炬•又称割刀，是进行气割的基本工具，它使燃气与氧气按一定比例和方式混合后，形成具有一定热量和形状的预热火焰，并在预热火焰的中心喷射出切割氧气进行气割。•割炬按可燃气体与氧气混合的方式不同可分为：低压割炬（射吸式）和等压割炬。（6）橡胶管•目前使用的橡胶管是用优质橡胶夹着麻织物或棉纤维制成，质地柔软、重量轻、便于操作，具有承受足够气体压力的能力。•氧气胶管：2MPa，黑色或绿色，内径8mm，外径18mm。•乙炔胶管：0.5MPa，红色，内径8mm，外径16mm。2．焊接火焰•焊接火焰是气焊与气割的热源，火焰的选用和调节正确与否,将直接影响气焊和气割的质量好坏。•（1）火焰分类•火焰分为三种：中性焰（正常焰）、碳化焰和氧化焰。•中性焰适于焊接低碳钢，其结构是：焰心呈尖锥形，色白而明亮，轮廓清楚；内焰呈蓝白色，有深蓝色线条，杏核形；外焰和内焰没有明显界限，只从颜色上可以略加区别。乙炔火焰的种类(a)中性焰；(b)碳化焰；(c)氧化焰；1－焰心；2－内焰；3－外焰(2)操作•火焰点燃时，先开一点氧气阀，再打开乙炔阀，手须闪离焊嘴（防止烧伤）。若在点燃过程中产生连续“放炮”现象，可能是氧气压力过大（须关小氧气阀）或乙炔气不纯（须放出含有空气的乙炔再点）。3．气焊的基本操作•左焊法：操作简单、方便，易于掌握。•右焊法(1)热量调节•在焊接过程中，依靠改变焊嘴和焊件的距离及夹角来调节焊炬放出的热量。•火焰焰心末端离工件2～4mm，且焊嘴与工件垂直时，所得热量最高。如加大火焰心与工件的距离或减小焊嘴的倾角，所得的热量就减小。•如果改变焊嘴和工件的距离或倾角仍得不到所需要的热量时，那便是焊接火焰功率未调好，须调正氧气阀与乙炔阀。(2)焊条选择•焊接普通碳素钢管道可用H08、H08A气焊条。•根据管壁的厚度选择焊条直径。如：焊壁厚3～4mm的管子，需选用2.5～3mm的焊条。•焊条直径小，造成熔合不良；•焊条直径大，造成加热时间过长，从而热影响区过大，降低了焊缝质量。(3)气焊操作•起焊时：焊炬倾角要大，而且要使焊炬在起焊点来回移动，使该处能均匀加热。待起点处形成白亮、清晰熔池时，即可加焊条，向前移动焊炬焊接。•在整个焊接过程中，需使熔池形状大小保持一致，即可得到鱼鳞状的美观焊缝。•焊接过程中途有停顿续焊时，应用火焰把原熔池和靠近原熔池的焊缝重新熔化（8～10mm），形成新的熔池后，即可加入焊条。•当焊到焊缝终点时，应减少焊炬与工件的夹角，同时加快速度，并多加一些焊条。收尾时，用温度较低的外焰保护熔池，直致终点熔池填满，火焰才可缓慢离开熔池。(4)气焊注意事项•①点燃和熄灭火焰时，必须遵照上面讲的方法顺序，否则会发生事故。•②点火时不能从焊嘴正面点，以防烧手。•③氧气瓶不能放在高温或者暴晒的地方，而且应瓶嘴朝上。更不能碰撞以防氧气瓶爆炸。•④打开焊炬的乙炔气开关后，检查乙炔气的流动情况时，不能用鼻子对着焊嘴去嗅味，这样会造成中毒或窒息，而应以手被皮肤受气流冲击的情况去检查。•二.手工电弧焊•手工电弧焊是一种用电弧做热源的溶焊法。通常采用药皮焊条。它广泛应用于各种金属管、各种壁厚管子的焊接。•电弧放电时，会产生大量的热量和发出强光，电弧焊就是利用电弧放热来熔化焊条和焊件而进行焊接的。•由于焊接时线能量较气焊、埋弧焊和电渣焊小，所以金相组织细，热影响区小，焊接质量好。1．手工电弧焊的主要设备及工具•(1)电焊机•优点：结构简单，坚固耐用，维修，使用方便、效率高，应用极为广泛。•直流电焊机：电流稳定，焊接质量好。(AX-165，AX-320等)•交流电焊机：使用方便。•常用的有电抗式(上海电焊机厂生产的BN-350，BN-500等型)、漏抗式(BX1-135，BX1-330等型)和复合式(BX-500、BX2-500等)三种。电焊机的组成：•变压器：•将焊接电压（220V或380V）降到安全电压（55～65V）。•电流调压器：•由于焊件的厚薄不同，需对焊接电流进行调节。焊接较薄的焊件用小电流和细焊条，焊厚焊件用大电流和粗焊条。电流过大或太小均影响焊接质量。•电焊机的组成：•振荡器：•用以提高电流的频率（50Hz→250Hz），使交流电的交变间隔趋于无限小，增加电弧稳定性，以利焊接和提高焊缝质量。（2）主要工具和用具•电焊钳：夹持焊条并传导电流。•要求必须有良好的导电性，长时间使用不发热，能在各个方向上夹住各种直径的焊条，绝缘性能好，重量轻等。•常用型号：G352、G582•电焊软线：连接电焊机与焊件、焊机与焊钳，一般是紫铜线外包橡胶绝缘层而成。电焊软线应具有良好的导电性和绝缘性，并有足够的长度和适当的截面积（依据焊接电源选择）。•面罩：用以挡住飞溅的金属和电弧中的有害光线，以保护眼睛和头部。•头戴式、手握式•面罩上的护目玻璃：–降低电弧光的强度和过滤红外线和紫外线；–观察熔池，掌握焊接过程。•劳保用品：•如：手套•保护焊工的双手不受弧光和飞溅金属的损伤，并有绝缘作用。一般由皮革、帆布制成。•清理工具：•用以清理焊渣等。如尖头鎯头、钢丝刷等。2．电弧焊接原理•电弧放电时，会产生大量的热量和发出强光，电弧焊就是利用电弧放热来熔化焊条和焊件而进行焊接的。•焊件本身的金属称为基本金属，焊条熔滴过渡熔池的金属称为焊着金属；由于电弧的吹力，使焊件底部形成一个凹坑叫熔池。焊着金属与基本金属熔合，冷却后形成焊缝。焊缝表面覆盖的一层渣壳叫焊渣。焊条熔化末端到熔池表面的距离称弧长。基本金属表面到熔池底部的距离称作熔深。•电弧由阴极部分、弧柱部分和阳极部分组成，电弧产生于焊条1和焊件2中间，阴极3位于焊条末端，阳极部分4位于焊件表面，弧柱部分5成圆台形，弧柱四周被弧焰6包围。•直流弧焊机阴极和阳极产生的热量不等；交流弧焊机的阴机和阳极交替变化，所以焊条与焊件上产生的热量是相等的。阴极和阳极附近的温度一般是2500℃，弧柱中心温度可达6000～7000℃。焊接电弧示意图1－焊条；2－焊件；3－阴极部分；4－阳极部分；5－弧柱；6－弧焰常用的引弧方法有：•接触引弧法：将焊条垂直与焊件碰击，然后迅速将焊条离开焊件表面4～5mm，即产生电弧。•擦火引弧法：将焊条像擦火柴一样擦过焊件表面，迅速将焊条捍提起，距焊件表面4～5mm，产生电弧。•熄弧：熄弧时应将焊条端部逐渐往坡口边斜前方拉，同时逐渐抬高电弧，以逐渐缩小熔池，从而减少液体金和降低热量，使熄弧处不产生裂纹、气孔等。(1)焊接操作要领•当电弧引燃后，焊条必须有三个基本方向的运动才能形成良好焊接缝口：•朝着熔池方向作逐渐的送进（直线动作）•作横向摆动•沿着焊接方向逐渐移动（焊条送进动作）•朝着熔池方向作逐渐的送进（直线动作）:•主要是用来维持所要求的电弧长度，弧的长短，对焊接质量有很大关系。直线动作的快慢代表焊接速度，焊接速度的变化主要影响焊缝金属横截面积。•作横向摆动:•主要是为了获得一定宽度的焊缝，其摆动范围与焊缝要求的宽度、焊条直径有关。摆动的范围越宽，得到的焊缝宽度也越大。•沿着焊接方向逐渐移动（焊条送进动作）:•焊条送进动作代表焊条熔化的快慢，可通过改变电弧长度来调节熔化的快慢。弧长的变化将影响焊缝的熔深和熔宽,对焊缝质量有很大影响。移动速度应根据电流大小、焊条直径、焊件厚度、装配间隙以及焊缝位置来适当掌握。(2)运条方法•在焊接实践中，常见的运条方法有直线形运条法、直线往返运条法、锯齿形运条法、月牙形运条法、三角形运条法、圆圈形运条法等。(a)直线运条法；(b)直线往返运条法；(c)锯齿形运条法；(d)月牙形运条法；(e)斜三角形运条法；(f)正三角形运条法；(g)正圆圈形运条法；(h)斜圆圈形运条法•(3)影响焊接质量的因素•影响焊接质量的最大因素，就是电流的选择和施焊时的运条方法。三、自动和半自动电弧焊•手工电弧焊的引弧、运条和结尾三个步骤完全用机械来完成，即称为自动焊；半自动焊时，电弧沿焊缝的移动（即运条）是靠手工操作的。其设备必须具有送丝机构（机头）和行走机构（小车或自行机头）两部份，图6-5所示为自动焊车示意图。1.药芯焊丝半自动焊•半自动焊：用手工操作完成焊接热源的移动，而送丝、送气等则由相应的机械化装置完成的焊接方法。（1）药芯焊丝内的焊药可起到焊条药皮的作用，即冶金处理的作用、气—渣联合保护作用以及改善工艺性能的作用；（2）可以连续送丝，节省更换焊条的时间，生产效率高，有利于进行半自动和自动化生产；（3）熔敷速度高；（4）操作性能好，焊工易掌握；（5）焊接质量好，焊缝力学性能高，适用于各种材料的焊接；（6）抗风能力强，在风速为10M/S的环境中施焊，仍可获得高质量的焊缝。2.全自动焊管道全位置自动焊接就是指在管道相对固定的情况下，焊接小车带动焊枪沿轨道围绕管壁运