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1、52欢迎访问中国化工建设网 www.cccenr.org石油钻采专用阀门是海上陆地石油天然气钻采和生产的系统重要部件对石化行业的发展起着举足轻重的作用目前能源短缺促使世界各国都加大石油天然气勘探 开发力度 我国为了确保能源安全 满足国民经济日益增长的需要近年来在石油及化工工业上的投资更是大幅上升特别是海上油气田勘探开发天然气的勘探开发 从而增大石油钻采设备的需求 促进我国石油钻采设备制造业的发展 但是 由于在钻采阀门制造和修复技术上与国外仍有较大的差距高质量或关键部位的阀门一直依赖进口其中阀门内壁堆焊技术的落后就是制约我国石油钻采阀门发展的瓶颈之一1 石油钻采阀门堆焊要求深层油气田含有大量的
2、H2S C O2高氯化物等腐蚀介质 对钻采设备具有高腐蚀性 为了让设备有更高耐腐蚀性更长的使用寿命同时又具有低制造成本通用的制造方法是在低合金阀体和阀盖表面堆焊一层镍基合金这样钻采设备仍然保持低成本低合金钢基体同时昂贵的耐腐蚀镍基材料被应用到需要用的地方典型的需堆焊基体母材为 AISI31408 6 3 0 M O D I F I E L 或 2 . 2 5 C r 1 M o 等制造的阀门要满足 ASME IXAPI6A/I S O 1 0 4 2 3 N A C E M R 0 1 7 5和 N O R S O K认证按A P I 6 A / I S O 1 0 4 2 3 标准堆焊金属铁
3、的含量需控制在5 % 1 0 % 范围机加工后堆焊厚度不小于 0 . 1 2 5 “ ( 3 .1 7 m m ) 焊缝稀释率控制在 5 % 1 0 %另外 此类阀件重达数十吨 不易装配 一般很难用工装将工件倾斜到理想的焊接位置需堆焊的孔径最小达 4 0 m m 深度达 2 m 存在较大的焊接可达性问题全位置焊接的要求也相应提高增加了堆焊的难度图1 c h r i s t m a s t r e e v a l v e2 国内外石油钻采阀门堆焊发展的现状在国外 美国的石油业最为发达 世界上的阀门制造都延用美国的标准如美国石油协会标准A P I 美国腐蚀工程师协会标准 N A C E美国机械工程
4、师协会A S M E世界上著名的海上和陆地油气钻探产品和服务的供应商以 A B B V e t c o G r a y c o o p e r C o m e r o nF M C A k e r K v a e n e r F l o w c o n t r o l t e c h W e i rp u m p I H C 为代表在世界上石油钻采设备供应占相当大的份额发达国家自1 9 7 8 年开始使用表面堆焊技术以来 已具有近三十年的堆焊历史 堆焊的工艺也从手工电焊T I G焊脉冲 M I G / M A G焊发展到到现在的自动热丝 T I G 焊采用自动化热丝 T I G 焊不仅提高了熔
5、敷效率和生产效率 减少了焊缝的稀释率 而且还提高了焊接的可达性如阀门的 4 5 m m内孔内壁堆焊保证了焊接质量的一致性在中国 堆焊业起步较晚 绝大多数阀门制造商仍采用落后的手工电弧焊工艺 不仅焊缝稀释率高 焊接石油钻采阀门内壁热丝 T I G堆焊李 磊珠海市科盈焊接器材有限公司, 广东珠海 5 1 9 0 1 5摘 要 石油钻采专用阀门是海上陆地石油天然气钻采和生产的系统重要部件其使用有耐强腐蚀性要求制造时需在内壁表层堆焊耐腐蚀材料 然而此类阀门具有重量大 形状特殊 可达性差 焊接质量要 求严格等特点 如何有效进行高质量堆焊一直困扰着国内石油阀门制造行业 介绍了f r o n i u s 热
6、丝T I G焊工艺和 E T R 全自动堆焊设备在阀门堆焊的应用 关键词 热丝T I G 焊 E T R - S 焊缝稀释率 内壁堆焊第 2 7卷第 6期 Petroleum and Chemical Construction石油化工建设 Dec. 2005Vol. 27 No. 6 2 0 0 5 年 1 2 月53欢迎访问中国化工建设网 www.cccenr.org质量差制造成本高, 而且对于内孔孔径小而深的阀门 如大吨位的C h r i s t m a s t r e e 如图1 所示 和b o r ec l a d d i n g 如图2 所示无法堆焊更新焊接工艺缩小同世界石油钻采阀门
7、制造技术差距是国内阀门制造业的发展方向图2 b o r e c l a d i n g3 热丝T I G 焊工艺原理热丝 T I G 焊是在传统的 T I G 焊接基础上采用预热焊丝进行焊接的一种工艺图3 是热丝T I G 原理图系统包含 T I G 焊电源热丝电源焊枪和系统控制器T I G 焊电弧熔化母材送丝系统连续送丝到熔池中与普通 T I G 焊不同之处焊丝在送进熔池前单独的热丝电源加热焊丝于伸长部份送丝咀和熔池之间的焊丝通过焊丝伸出部份电阻效应 产生热量 热量的产生公式是l2R提高熔敷效率热丝 T I G 焊具体接法是T I G 焊枪和焊丝加热端接负极工件接正极热丝 T I G 焊采用
8、脉冲电弧减少热输入量和电弧偏吹脉冲协同送丝对焊枪倾角和送丝有非常严格要求 填充焊丝必需始终伸入熔池 热丝电源工作电压1 . 5 5 V过高的电压会产生新的电弧干扰焊接电弧的稳定热丝电流7 5 1 5 0 A 焊丝加热长度为1 02 5 m m图3 热丝T I G 焊原理图热丝 T I G 焊可通过焊接电流热丝电流送丝速度的协同控制提高熔敷效率和焊接速度减少焊缝稀释率 当焊接参数恒定情况下 提高热丝电流和送丝速度则熔池的温度会降低以熔敷效率2 3 . 5 k g / h 为例大约可以减少 5 0 %稀释焊接速度提高一倍( 约4 0 c m / m i n )4 f r o n i u s E T
9、 R - S 热丝T I G 内壁堆焊系统4 . 1 E T R - S y s t e m 堆焊系统简述图4 E T R - s 热丝T I G 堆焊系统E T R - S 系统部件A F P A 9 0 0 0 D 堆焊系统控制器 E 立柱和横梁操作架 B F P A 9 0 0 0 - R C 遥控编程器F 十字滑架C T T 4 5 0 直流氩弧焊电源G E T S 焊枪旋转装置D T P 1 5 0 0 H D 热丝电源H 特殊的堆焊焊枪 图4 是f r o n i u s E T R - S E n d l e s s T o r c h R o t a t i o -S y s
10、t e m 缩写热丝T I G 自动堆焊设备整个阀门堆焊的工作过程是由 C N C数控的系统控制器 F P A 9 0 0 0进行预先 C A D / C A M编程集中控制各种焊接参数十字滑架的运动E T R - S 焊枪旋转机构的转动焊接前焊枪自动接触工件后回抽到预设的距离 高频引弧 开始焊接E T R - S 焊枪旋转机构带动焊枪旋转按预先编定焊接轨迹进行阀门内壁焊整个阀门堆焊一次完成焊接过程中采有 A V C 弧长控制技术确保钨针同工作的高度始终是一致的对工件的不规则具有更好的容忍性焊接参数和焊接过程在 F P A 9 0 0 0 上的P C 机上可显示存储和打印也可设置焊接限值进行自
11、动质量监控4 . 2 E T S - S y s t e m 用于阀门堆焊的优点1阀门不需要转台转动 直接放在平面上 地面叉板等焊接过程是焊枪在转动这是 E T R - S系统最大的优点因为像一些大吨位或复杂形状的阀门吊装夹持和在转台止定中心需要投资大量的辅助设备和花费大量人力和时间2 自动定中心功能 焊接前 只需将焊枪移动所李磊 石油钻采阀门内壁热丝 T I G 堆焊54欢迎访问中国化工建设网 www.cccenr.org需堆焊的孔径内 系统就会自动寻找中心 并可自动定位3b o r e - t o - b o r e 内孔相贯线堆焊专用软件应用此软件系统会自动计算和设定焊接起停, 当达到空
12、孔的边缘 焊接自动停止和收弧 然后运行到对面的空孔边缘自动重新起弧焊接如图5 所示4 最小堆焊内径可达4 5 m m 堆焊深度可达2 m图5 堆焊5焊接过程自动化程度高 对焊工焊接技术没有要求只需编程即可焊接质量高焊缝重复精度高5 热丝T I G 堆焊同普通T I G 堆焊的优势同普通的 T I G 焊相比熔敷率冷丝 T I G 由于技术原因其熔敷率极限值只能达到1 . 5 2 k G / h 而热丝T I G 焊可以达到33 . 5 k G焊缝稀释率稀释率降低达6 0 % 提升了耐腐蚀性能焊接速度两倍以上的焊接速度堆焊面积同等电流和焊接速度情况下提高了3 0 % 5 0 % 堆焊面积或厚度图
13、6 普通T I G 焊焊缝截面 热丝T I G 焊焊缝截面6 结论阀门的堆焊是为了满足耐腐蚀 磨损 高温或低温的工作要求对焊接质量要求严格F r o n i u s E T R - S 热丝 T I G 焊系统结合了热丝T I G 焊工艺和先进的专机制造技术为高质量阀门堆焊提供了一个完美的解决方案自1 9 8 5 年堆焊行业应用热丝T I G 工艺以来f r o n i u s 热丝T I G 自动堆焊设备已被世界范围内众多著名的石油钻采阀门制造商所采用 并被证明具有堆焊质量高 运行成本低 能高效连续焊接 快速完成任务 这是别的焊接方法包括机器人焊接所不能达到的收稿日期 2 0 0 5 - 0
14、 9 - 2 6还可以把 A u t o C A D 模型导入 3 D 动画软件制出仿真三维模型这对不是很精通吊装的业主来说是一个直观了解你所做方案的最佳途径4 结束语吊车是石油化工施工中最常见的吊装设备常用的有汽车吊 履带吊等 它具有机动灵活 起重能力大等优点 在施工现场广泛使用 近几年由于石油化工行业的迅猛发展 尤其是特大型石油化工园区的兴建 大型 超大型吊车使用较多 一次成功的大型吊装 从总体平面布置 场地预留到地基处理 从设备进场 卸车到附塔管道安装梯子平台安装从吊车进场到接杆站位 各个环节都需统筹安排 制定严密的网络进度计划 保证每一个节点的施工 才能确保大型设备吊装的顺利完成由中国
15、石化集团第五建设公司承建的上海赛科9 0 万t / a 乙烯工程2 6 万t / a 丙烯腈装置反应器是本装置的两台核心设备这两台反应器的吊装重量分别为6 8 5 t 6 9 1 t 通过合理的组织安排 从码头装车到设备运到现场 落实吊装前的工作 责任到人 同一天内 成功吊装两台反应器 完成了赛科现场最后一次大型吊装参考文献1 化工装置工程手册 日玉置明善 玉置正和 编大庆石油化工设计院科学技术协会 译兵器工业出版社 1 9 9 1 年1 2 月第1 版 2 重型设备吊装工艺与计算 杨文柱编中国建筑工业出版社收稿日期 2 0 0 5 - 0 9 - 3 0作者简介 冯一哲, 男, 1 9 7 9 年6 月出生 长安大学 原西安公路 交通大学 工程机械学院工业设备安装专业 2 0 0 2 年6 月在中国石化第五建设公司市场开发部技术科工作上接3 9 页石油化工建设2 0 0 5 年第 2 7 卷第 6 期P& C CPetroleum and Chemical Construction
