管線輸送大口徑高壓球閥應用

                                 上海申弘閥門有限公司

管線輸送是石油、天然氣輸送的主要方式，其中全通徑球閥具有啟閉迅速、密封性能良好的優點，可以直埋于地下，使閥門內件不受侵蝕，能與管線同壽命，是石油、天然氣的閥門。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。為保證高壓球閥的焊接質量，我們引進了的埋弧焊設備，就此將探討高壓球閥焊接過程中埋弧焊工藝。管線球閥設計符合美國ANSI標準和API 6D / ISO 14313規范（與GB/T 19672規范等效）。也可根據用戶需要提供符合其他規范的管線球閥。 產品采用固定球結構，并經精心設計和有限元數值仿真，制造采用數控加工中心、自動化焊接設備，整個設計制造過程嚴格貫徹質量保證體系，保證產品的可靠性和質量穩定性。

    管線球閥有多種密封材料供用戶選擇，如聚合材料、橡膠材料等，密封座用彈簧加載，在較廣的溫度變化和壓力變化范圍內具有優良的密封性能，確保在關閉壓差作用下達到無氣泡泄漏的密封，且在大壓差下仍可保持小操作扭矩。管線球閥有螺栓連接的分體結構和全焊接連接的整體焊接結構，閥門端部連接可以提供焊接端、法蘭端、環形槽連接法蘭端及其它客戶的連接端，管線球閥是本公司穩定出口和內銷的高質量產品。它材料多樣，規格和壓力等級齊全、全通徑球閥、縮徑球閥均可提供，是長輸管線，石油、天然氣工業、電力、化工等輸送管路廣泛應用的理想閥門。根據客戶要求，閥門可采用符合美國腐蝕工程師協會標準NACE MR 0175/ISO 15156或NACE MR 0103的材料。

 
產品型式
閥門結構：鍛鋼、三段式、固定球結構
連接形式： 凸面（RF）法蘭、環形槽（RTJ）法蘭、焊接端（BW）及一端焊接一端

結構長度
按API 6D或ANSI B16.10

法蘭標準
DN50-600（2"-24"）按ASME B16.5（其中DN550（22"）按MSS-SP-44
  ≥DN650（≥26"）按ASME B16.47A系列

焊接端標準
按ASME B31.4,ASME B31.8和ANSI B16.25
1 埋弧焊在高壓球閥制造中的應用工藝
1.1 高壓球閥試焊件的焊接坡口
1.2 焊前準備
埋弧焊焊前必須做好的準備工作有，焊件的坡口加工，如圖1所示、待焊部位的表面清理、焊件的裝夾以及焊絲表面的清理、焊劑的烘干等。

圖1 埋弧焊試焊件焊接坡口
焊件清理主要是去除銹蝕、油污及水分，防止氣孔的產生。用砂輪機磨和火焰烘烤待焊部位。在焊前應將坡口及坡口兩側各20mm區域內及待焊部位的表面鐵銹、氧化皮、油污等清理干凈。
用卡盤加緊工件一端，另一端放在從動輪上，利用焊件外圓加工面進行找正，使工件處于水平工作位置。
埋弧焊用的焊絲和焊劑對焊縫金屬的成分、組織和性能影響極大，在此次焊接中選用焊絲CHW－S3、焊劑CHF105。因此，焊接前必須清除焊絲表面的氧化皮、鐵銹及油污等。焊劑保存時要注意防潮，使用前必須按350～400℃溫度烘干2h。
1.3 埋弧焊工藝參數的初步選定
埋弧焊的焊接參數主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、伸出長度、卡盤轉速、送絲速度等。
1.3.1 焊絲直徑的選擇由于焊接坡口在球閥的焊接中采用的焊絲直徑為焊絲直徑選用φ2.4mm，熔寬為9～11mm。
1.3.2 焊絲伸出長度———導電嘴到焊絲端部定為伸出長度
根據焊絲直徑為2mm，在球閥的焊接中焊絲的伸出長度為20～25mm。
1.3.3 焊接電流的選擇
根據焊絲直徑為2mm，在球閥的焊接中選用焊接電流為200～350A。
1.3.4 焊接電壓的選擇
根據焊接電流為200～350A，在球閥的焊接中選用焊接電壓為28V。
1.3.5 焊絲送絲速度的選擇選擇焊絲的送絲速度為10mm/s。（焊機自動選擇）
1.3.6 卡盤轉速的選擇
卡盤的轉速基本范圍為0.230～0.300r/min，但在特殊情況下要根據實際情況選擇，詳細介紹見采集數據表中的說明。
1.3.7 焊接速度的選擇
單位時間內完成的焊縫長度稱為焊接速度。
計算出焊接速度為9.11～12.27mm/s。當其他焊接參數不變而焊接速度增加時，焊接熱輸入量相應減小，從而使焊縫的熔深也減小，見表1。 固定球金屬密封球閥，使用金屬硬化材料作為閥座密封，密封座用彈簧加載，在較廣的溫度變化和壓力變化范圍內具有優良的密封性能，確保閥門在關閉壓差作用下達到ANSI FCI70.2 V級的密封，且在大壓差下仍可保持小操作扭矩。

   球閥的規格和壓力等級符合中國國家標準、美國國家標準ANSl和美國石油學會標準的要求。根據客戶要求，閥門可采用符合美國腐蝕工程師協會標準NACE MR 0175/ISO 15156或NACE MR 0103的材料。

   本公司固定球金屬密封球閥分為G系列和U系列，U系列固定球金屬密封球閥適用于更高的使用溫度。當使用溫度大于200℃時建議選用U系列球閥。
表1 焊接速度

1.3.8 焊接過程中采集到的數據（見表2）
表2 采集數據

1.3.9 焊接熱輸入的計算
熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的熱量稱為熱輸入。熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的熱量稱為熱輸入。其計算公式如下：
Q=ηIU/υ
式中：Q———單位長度焊縫的熱輸入（J/cm）；
I———焊接電流（A），I=330A；
U———電弧電壓（V），U=28V；
V———焊接速度cm/s，Vmin=0.911cm/s；Vmax=1.227cm/s；
η———熱效率系數，埋弧焊為0.8～0.9；η選用0.85.
Q1=0.85×28×330/V1=0.85×28×330/0.911=8621.30J/cm；
Q2=0.85×28×330/V2=0.85×28×330/1.227=6400.98J/cm.
說明：熱輸入太大時，接頭性能可能降低，熱輸入太小時，焊接時可能產生裂紋。在選用的這個焊接參數范圍之內，試焊件在焊接過程中沒有出現裂紋，焊接質量良好，所以確定球閥的焊接熱輸入為8621.30～6400.98J/cm之間為宜。
2 焊接過程中注意的問題
2.1 對焊接變形的控制
焊接過程中，由于受到熱應力、組織應力的影響，工件會發生變形，在焊接前，必須對工件進行預熱處理，以防止更大變形，同時也可消除工件表面的銹蝕、油污及水分；在焊接時，工件受到焊接過程的熱輸入，溫度會升高，工件的溫度升到80℃后，要對工件進行冷卻后再進行焊接。
2.2焊后須剪去焊絲頭部
每道焊后都要剪去焊絲頭部，因為在焊后焊絲頭部會粘上焊劑和焊接氧化物，因而：1）不利于下一道引弧；2）不能準確找到焊縫位置；3）焊絲頭部會有氧化物和其他雜質存在，影響焊縫成分和焊縫質量。
3 焊接過程中出現的問題及改進措施
3.1 埋弧焊焊縫產生氣孔的主要原因及防止措施
1）焊劑吸潮或不干凈，焊劑中的水分、污物和氧化鐵屑等都會使焊縫產生氣孔，在回收使用的焊劑中這個問題更為突出。水分可通過烘干消除。防止焊劑吸收水分的方法是正確的儲存和保管。回收焊劑時要用紗網過濾可以較有效地分離焊劑與塵土，從而減少回收焊劑在使用中產生氣孔。
2）焊接時焊劑覆蓋不充分電弧外露卷入空氣而造成氣孔。
3）熔渣粘度過大時溶入高溫液態金屬中的氣體在冷卻過程中將以氣泡形式溢出。如果熔渣粘度過大，氣泡無法通過熔渣，被阻擋在焊縫金屬表面附近而造成氣孔。通過調整焊劑的化學成分和焊劑顆粒度大小，改變熔渣的粘度即可解決。
4）工件焊接部位被污染焊接坡口及其附近的鐵銹、油污或其他污物在焊接時將產生大量氣體，促使氣孔生成，焊接之前應予清除。

3.2夾渣產生的原因和防治措施
對于出現夾渣的情況，主要是焊劑在回收過程中存在大的焊渣，在焊接過程中嵌入熔池，在脫渣后出現夾渣，主要防治措施是在焊劑回收的時候清理干凈焊劑中的雜物，像廢渣、氧化鐵等。
3.3 未熔合產生的原因和防治措施
在焊縫較窄的時候，由于焊絲的熔寬有限，不能把焊縫邊的部分熔上，出現未熔合現象，通過調整焊機的機頭方向，確保焊絲能熔到焊縫的邊部，避免未熔合的出現。
3.4跑偏產生的原因及防治措施
在焊件的裝夾過程中，由于從動輪和主動力沒有處于同一個圓心，導致焊件在焊接的過程中出現跑偏的現象，以后在焊接過程中必須保證主動輪和從動輪保持在同一圓心上，防止跑偏現象的出現。
4 總結
通過此次運用埋弧焊焊接高壓球閥，得到了合格的焊接質量。保證了高壓球閥的工作。本文相關的論文有：中國閥門產值遞增