压力管道焊接工艺标准标准设计

设计题目:压力管道焊接工艺设计 设计参数:

2.1工作压力：5MPa

2.2工作温度：-10~80摄氏度 2.3外形：圆柱体 2.4工质：原油 2.5材料：L245管线钢

设计要求：

3.1压力管道结构受力分析 3.2强度计算，确信最小壁厚 3.3焊接工艺分析 3.4编写焊接工艺卡 3.5.编写热处置工艺卡 3.6绘制焊接工艺草图

一、 整体概述

长输管道作为铁路、公路、海运、民用航空和长输管道五大运输行业之一，其输送介质除常见的石油、天然气外，还有工业用气体如氧气、二氧化碳、乙烯、液氧等介质。大部份输送介质管道在国内均有成功建设和运行业绩。

近几年，我国管道建设进展超级迅速。在管线的建设施工中，环焊缝焊接方式从传统的手工焊、管道下向手工焊、半自动下向焊到此刻的全自动焊，管线的钢级从Q235 、16Mn、L290（X42）、L360（X52）、L415（X60）、L450（X65）和L485（X70）提高到目前的L550（X80），直径从200mm增加到1219 mm，水管线直径已超过2000 mm，壁厚从6 mm增加到30 mm，输送压力从4MPa增加到15MPa。

从广义上明白得，压力管道是指所有经受内压或外压的管道，不管其管内介质如何。压力管道是管道中的一部份，管道是用以输送、分派、混合、分离、排放、计量、操纵和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。 压力管道具有以下特点：

（1）、压力管道是一个系统，彼此关联彼此阻碍，牵一发而动全身。 （2）

、压力管道长径比专门大，极易失稳，受力情形比压力容器更复杂。压力管道内流体流动状态复杂，缓冲余地小，工作条件转变频率比压力容器高（如高温、高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都有可能阻碍压力管道受力情形）。

（3）、管道组成件和管道支承件的种类繁多，各类材料各有特点和具体技术要求，材料选用复杂。 （4）、管道上的可能泄漏点多于压力容器，仅一个阀门通常就有五处。

（5）、压力管道种类多，数量大，设计，制造，安装，查验，应用治理环节多，与压力容器大不相同。

运输管道经受着所运输介质的压力和温度的作用，同时还蒙受所通过地带各类自然环境和人为因素的阻碍，对钢材的强度、韧性、和可焊性提出了相当高的要求，在利用进程中可能发生各类破漏或断裂事故。为确保管道的平安运行和预防管道事故产生应从设计、施工和操作三方面这首，其中设计中的合理选择材料和焊接工艺是相当重要的。

二、受力分析内容：

参照标准：SHJ.41-91《石油化工企业管道柔性设计标准》

1.管道柔性设计的任务

压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以避免由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生以下情形 1)因应力过大或金属疲劳而引发管道破坏； 2)管道接头处泄漏；

3)管道的推力或力矩过大， 而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，阻碍设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引发管道支架破坏。

2.分析步骤：

1) 工程规定 2) 管道的大体情形

3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽可能利用自然补偿 4) 用目测法判定管道是不是进行柔性设计 5) L 型 U 型管系可采纳图表法进行应力分析 6) 立体管系可采纳公式法进行应力分析 7) 宜采纳运算机分析方式进行柔性设计的管道 8) 采纳 CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10)设置、调整支吊架 11)设置、调整补偿器 12)评定管道应力

13)评定设备接口受力

14)编制设计文件 15)施工现场技术效劳

三、L245管线钢的化学成份及力学性能

L245确实是一种低压流体卷制管，其性能和20#无缝管差不多 钢种 屈服强度 MPa L245 245 kg/mm² 力学性能 抗拉强度 MPa 415 kg/mm² 伸长率 不大于 21 0.26 C Si 不大于 1.15 化学成分 Mn S 不大于 0.030 P 不大于 0.030 参照GB50316-2000《工业金属管道设计标准》

四、管壁厚度计算

4.1

材质：L24五、工作压力为4MPa、工作温度：-10~80℃

4.2 理论质公称外径 mm 355.6 -0.75 管体公差 壁厚 /mm 允许公差 5.2 6.4 7.1 7.9 14.6 量 kg/m 48.33 55.11 61.02 67.74 试验压力/mpa L210 L245 l290 3.8 4.5 5 5.6 4 5.3 5.9 7.8 8.9 9.8 l230 8.6 9.8 10.9 12.1 6.5 10.9 4.3

对压力管道来说，大多数都属于薄壁管子，故当S < D/6 或P/σt≤0.385时，受内压直治理论壁厚计算公式可按下式计算：

PχD

S=———————+C1+C2 2χσtχФ+P

式中P——设计压力，MPa； D——管子外径， mm；

S ——管子的理论计算壁厚，mm； σt——设计温度下材料的许用应力， MPa;

Ф——焊缝系数。对无缝钢管，Ф== 1； C1——腐蚀余量， mm； C2——管子壁厚负误差， mm。

当S≥D/6 或p/σt > 0.385 时，直管壁厚应按厚壁管道计算公式确信。 对于外压直管的壁厚，应依照《GB150钢制压力容器》规定的方式确信。

4.4壁厚等级的确信

将上式的计算值先按四舍五入的原那么进行园整，然后查相应的应用标准，与计算值最接近且稍高的对庇壁厚确实是该管道的公称壁厚。对应有管子表号时，就用管子表号表示，无对应管子表号时，就用壁厚值表示。管子表号或壁厚值所表示的参数确实是该管道的公称壁厚等级。 管道上其他组成件(如弯头、三通、异径管、封头等) ，也以上述确信的数字或代号表示其公称壁厚等级，并由此确信它们与管子是等强度的。

由以上数据和公式，能够取得该管道的外径D1为355.6mm，壁厚为5.2mm 内径为342.2mm

五、L245管线钢的结构及材质分析

5.1产品结构及材质分析

5.1.1、产品结构（详见工艺草图）

外径D1为355.6mm，壁厚为5.2mm 内径为342.2mm的L245管线钢。产品为直焊缝。

5.1.2、材质性质分析

（1）、化学性能分析

钢的化学成份( 质量分数) %[1] 钢号 L245

（2）、材质的力学性能分析

X70 ,L245 钢的力学性能[2]

C 0.13 Si 0.24 Mn 0.76 P 0.022 S 0.014 σ钢号 L245 σs/Mpa 380 b/Mpa 485 δ5/ % 22 冲击吸收功( - 20 ℃)/ J 56 （3）焊接性的分析

L245 是一种优质非合金钢, GB/ T9711. 2 标准规定的碳当量为0142 ,实际碳当量为0123 ,供

货的状态是正火,组织为铁素体加珠光体,无脆硬偏向,焊接性较好。该次工艺评定的壁厚范围为11 mm ,厚度不大,考虑施工方便及经济性,一样关于单纯L245 - L245 的焊接接头焊前无预热要求。综合考虑这种钢的焊接冷裂纹灵敏性,为了保证良好的焊接接头质量,幸免焊接冷裂纹的产生,确信预热温度为100 ℃,层间温度为100℃～150 ℃.

六、焊接材料及焊接标准（附：焊接工艺卡）

6.1焊接材料的选择

6.1.1焊丝的选择

为保证焊接接头的强韧性,采纳H08MnNiMoA型焊丝[4]，采纳CHF602型焊剂。其中焊丝和焊剂的化学成份如下表：

H08MnNiMoA型焊丝的化学成份 型号 H08MnNiMoA

SJ101 碱性烧结焊剂的化学成分（%） 型号 SJ101

SIO2+TiO2 CaO+MgO 15—22 30—35 Al2O3+MnO 15—20 CaF2 S P C ≤Si ≤Mn Cr Mo Ni S ≤P ≤0.10 0.25 1.20-1.60 ≤0.20 0.30-0.50 ≤0.30 0.03 0.30 20—25 0.016 0.03 6.1.2焊条直径标准

板厚为2-8mm，焊接位置为平焊，熔滴过渡形式为短途经度，内外焊丝都采纳直径为3mm的焊丝。此处若是选择焊丝直径为3mm，电流相同时，随着焊丝直径的减少，熔深要增加。

6.1.3焊接电流的选择

焊接电流的作用是溶化焊丝和工件，同时也是决定熔深的决定因素。焊接电流随着焊丝直径和过渡形式的不同而发生转变，内焊电流选择范围为500-700A，外焊丝埋弧自动焊的电流为800A。

6.1.4焊接电压的选择

电弧电压是焊接一个重要的参数。电弧电压的大小决定着电弧的长短和熔滴过渡形式，它对焊缝的成型，飞溅、焊接缺点和力学性能有有专门大的阻碍。 电弧电压对焊接进程及金属间的冶金反映起着比焊接电流更大的作用，且随着焊接直径的减小，电压的阻碍程度不多增大。

6.1.5焊接速度的选择

焊接速度要紧依照依照生产率和焊接质量。速度大，爱惜变差，同时是冷却速度增加，使焊缝塑性降低，切无益于焊缝成形，易形成咬边缺点。焊接速度过慢，熔敷金属在电弧下堆积，电弧热和电弧力受阻碍，焊道不均匀且焊缝粗大。在实际生产进程中一样不超过0.5m/min

6.1.6焊缝坡口的设计

坡口型式及参数不仅直接阻碍到焊接结构的生产本钱,而且将直接阻碍到焊接质量。坡口角度的作用是使电弧能深切焊缝根部,知足操作要求,保证焊缝 根部焊透。间隙的尺寸要适合,过小那么不易焊透,太大那么容易烧穿。钝边是保证第一层能焊透,同时又避免烧穿。本处的焊缝坡口设计为详见工艺图。

七、焊后热处置

7.1焊后热处置的一样规定

（1）焊后热处置应按依照工程实际情形编制的热处置工艺卡执行。

（2）焊后热处置应在焊缝外观质量查验合格后进行。对容易产生焊接延迟裂纹的管材，焊后应及时进行热处置。

（3）进行焊后热处置应依照钢材的淬硬性，焊件的厚度、结构、刚性、焊接方式及利用条件等因素综合考虑，经常使用管材焊后热处置工艺参数见表7，焊接异种钢焊条（焊丝）及焊后热处置温度推荐表见表8。

（4）对非奥氏体异种钢焊接时，应按焊接性较差的一侧管材选定焊后热处置温度，但焊后热处置温度不该超过另一侧钢材的临界点AC1。

（5）调质钢焊缝的焊后热处置温度，应低于其回火温度。

（6） 焊后热处置的加热速度、恒温时刻及降温速度应符合以下规定（S—壁厚、mm）

25.4加热速度：升温至300℃后，加热速度不该超过200×S℃／h，且不大于200℃／h。

恒温时刻：碳素钢每毫米壁厚为2~2.5分钟，合金钢每毫米壁厚为3分钟，且很多于30分钟。

25.4冷却速度：恒温后的降温速度，不该超过275×S℃／h，且不大于275℃／h，300℃以下自然

冷却。

7.2

异种金属焊接接头的焊后处置要求，一样应按合金成份较高的钢材确信。

经常使用管材焊后热处置温度 焊后热处理 钢种 壁厚δ（mm） C C—Mn 温度(℃) 600～650 ＞30 ＞20 C-0.5Mo 0.5Cr—0.5Mo Mn—V 1Cr—0.5Mo 1Cr—0.5Mo—V 1.5Cr—1Mo—V 2.25Cr—1Mo 5Cr—1Mo 9Cr—1Mo 2Cr—0.5-WV 3Cr-1Mo-Vti 12Cr-1Mo-V 560～590 600～650 650～670 ＞10 ＞6 700～750 任意壁厚 750～780 7.3焊后热处置操作要点：

（1）焊后热处置操作前，操作人员应认真检查电源连接是不是正确，漏电爱惜器是不是灵敏，有无袒露的电源线及接头，加热器瓷环有无损坏，保温是不是符合热处置工艺卡要求，热处置设备及管道是不是接地良好。

（2）热处置进程中必需严格依照热处置工艺卡规定的工艺参数执行，设专人观看温度指示仪有无异样，如发觉异样时，应当即停止热处置找出缘故方可继续进行。

（3）在临近恒温温度50℃时，应慢慢减小电流、电压，以使升温速度慢慢减慢，滑腻过渡至恒温温度。

（4）热处置起落温操作要平稳，严禁电参数急速大跨度转变。

（5）热处置工作终止后，操作者应在自动曲线图上注明热处置管线号、焊口号、操作者姓名及日期并写出热处置报告。

7.4 电加热器及热电偶安装

（1）进行热处置时，每道焊口的测温点应付称布置在焊缝中心双侧，且不得少于两点。水平管道测温点应上下对称布置。测温点处应用砂轮打磨出金属光泽。热电偶安装应采纳细铁丝捆扎，为保证所测温度为管子的实际温度，在热电偶与加热器之间应垫小块保温玻璃布进行隔离，热电偶及加热器安装详图见图3。

（2）焊后热处置的加热范围，每侧不该小于焊缝宽度的3倍，且不小于25mm。有淬硬偏向或易产生延迟裂纹的管道焊缝双侧各不小于壁厚的五倍，且不小于100mm，并力求受热区的温度均匀一致。加热区之外100mm范围内应用玻璃棉或硅酸铝纤维毡进行保温，管道两头应封锁。

导线钢管保温材料热电源挡风物电加热器图4-5-2 热电偶及加热器安装示意图导线 7.5热处置工艺

（1）热处置的加热速度、恒温时刻及冷却速度应符合以下要求：

加热速度：升温至300℃后，加热速度应按(205X25/δ)℃/h计算，且不大于220℃/h。 恒温时刻：非合金钢为每毫米壁厚2～2.5min；合金钢为每毫米壁厚3min，且总恒温时刻不得少于30min。在恒温时刻内，最高与最低温度差应小于50℃。

冷却速度：恒温后的冷却速度应按(60x25/δ)℃/h计算，且不得大于260℃/h，冷至300℃后可不操纵。

（2）异种钢焊接接头的焊后热处置，应按双侧钢材及所用焊条（焊丝）综合考虑。热处置温度一样不超过合金钢成份低侧钢材下临界点Ac1，可参见表8执行。

八、焊接查验

8.1 焊接查验要紧方面

8.1.1 焊前

（1）焊接材料的选择

（2）焊接设备、仪表、工艺装备; （3）焊接坡口、接头装置及清理;

（4）焊工资格; （5）焊接工艺文件.

8.1.2 施焊进程中

（1）焊接标准参数; （2）执行焊接工艺情形; （3）执行技术标准情形; （4）执行图样规定情形.

8.1.3 焊后

（1）实际施焊记录; （2）焊缝外观及尺寸; （3）后热、焊后热处置;

（4）产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板; （5）无损查验;

（6）致密性实验.

八、心得体会

两周的课程设计终止了，在这次的课程设计中不仅查验了我所学习的知识，也培育了我如何去

独立完成一件情形。在设计进程中，与同窗分工设计，和同窗们彼此探讨，彼此学习，彼此监督，学会了合作，提高了自学能力。

通过这次压力管道设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次设计工作的实际训练从而培育和提高独立工作能力，巩固与扩充了焊接设备与方式设计等课程所学的内容，把握管道设计的方式和步骤，把握压力管道设计的大体的技术知道了如何分析零件的工艺性，如何确信工艺方案，了解了的大体焊接结构，提高了计算能力，画图能力，熟悉了标准和标准，同时各科相关的课程都有了全面的温习，独立试探的能力也有了提高。

在此感激咱们的范教师.，教师循循善诱的教诲和不拘一格的思路给予我无尽的启发。设计的完成离不开教师您的细心指导。而您爽朗的个性和宽容的态度，帮忙我能够很顺利的完成了这次课程设计。

由于本人的设计能力有限，在设计进程中不免显现错误，恳请教师多多指教,我定会加以更正。

参考材料：

1.《有效工程材料焊接手册》 2.《焊接手册》

3.《石油化工压力容器设计》

4.唐永进 《压力管道应力分析》 中国石化出版社

5. 张玉芝,吕向阳,马彦昌,孙德新《管道设备与技术》.2005 no.4