下向焊焊條計(jì)算課件

1、油氣管道焊接材料設(shè)計(jì)用量計(jì)算張振永；(中國石油天然氣管道工程有限公司) 油氣儲運(yùn),2004,23(7) 3841。第23卷第7期摘要：對油氣管道手工下向焊、藥芯焊絲半自動焊和實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動焊的焊接用量進(jìn)行了計(jì)算,提出了不同焊接方法焊材用量計(jì)算的修正公式，并將計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際用量進(jìn)行了對比，二者基本吻合。一、前言目前國內(nèi)管道焊接的主要方法有手工下向焊、藥芯焊絲半自動焊和實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)自動焊。對于這三種主要焊接方式,管道所用焊接材料的耗量計(jì)算一直沒有比較合適的計(jì)算模型或公式。以往的設(shè)計(jì)用量一般套用電弧焊條用量計(jì)算公式或結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),或采用現(xiàn)行的預(yù)算定額,或采用廠家提供的用量指標(biāo)。由于這些

2、方法缺乏科學(xué)的理論計(jì)算依據(jù),并且每一位設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn)不同,現(xiàn)行定額跟不上最新發(fā)展趨勢,廠家的用量指標(biāo)千差萬別,因此,在管道設(shè)計(jì)中極易造成焊接材料用量計(jì)算不準(zhǔn)確,直接影響到采辦和現(xiàn)場施工。例如,在蘇丹富拉油田原油外輸管道工程中,由于設(shè)計(jì)計(jì)算的AWSA5.1E6010纖維素焊條用量偏低,影響了現(xiàn)場施工進(jìn)度,導(dǎo)致二次追加空運(yùn)焊條,增加了工程成本?；谝陨显?對管道焊接材料的用量計(jì)算有必要進(jìn)行探討。二、手工下向焊焊條的用量計(jì)算手工下向焊作為一種主要的焊接方法,廣泛應(yīng)用于油氣管道的焊接中。對于輸氣管道,這種焊接方法一般采用組合焊方式,即采用纖維素焊條進(jìn)行根焊、熱焊,用低氫焊條進(jìn)行填充、蓋面,這樣既

3、經(jīng)濟(jì)；高效,又能滿足焊縫的韌性需要；對于輸油管道,一般整個(gè)焊縫均采用纖維素焊條施焊,只是根據(jù)鋼材的級別不同,采用的根焊、熱焊和填充、蓋面焊條的型號不同而已。因此,無論是輸油管道,還是輸氣管道,計(jì)算時(shí)都應(yīng)當(dāng)把同一焊縫中不同焊層的焊條用量分別計(jì)算出來,只有這樣,才能保證在一個(gè)工程中每種型號焊條用量的準(zhǔn)確性。對于如何準(zhǔn)確計(jì)算管道焊接材料的用量,現(xiàn)有資料對管道焊接的介紹都缺乏針對性。按焊條消耗定額,其計(jì)算公式為:G=AL(1+K b)/(106Kn) (1)式中：G焊條用量,kg; A焊縫熔敷金屬截面積,mm2; L焊縫長度,mm;熔敷金屬密度,g/cm3;Kb藥皮的重量系數(shù),取0.30.4; Kn金

4、屬由焊條到焊縫的轉(zhuǎn)熔系數(shù),包括燒損、飛濺和未利用的焊條頭損失,取0.750.8。對于管道對接焊縫V形坡口,其截面積為:A=b+(-p)2tan(/2)+2/3ch （2）式中：管道壁厚,mm;b根部對口間隙,mm;p鈍邊高度,mm; 坡口角度;c焊縫寬度,mm;h焊縫余高,mm。式(2)中所示尺寸符號見圖1。 圖1 焊縫橫截面圖從式（1）和式（2）可以看出，焊條的消耗主要取決于焊條牌號(主要是影響Kb和Kn)、坡口形狀和焊件厚度。對于不同的焊條,如果沒有具體的Kb和Kn值,纖維素焊條可以取Kb=0.40,Kn=0.77,低氫焊條可以取Kb=0.32,Kn=0.80。以上是平焊位置焊接每米的焊條

5、用量值,對于不同的焊接位置,焊條單位消耗量也不同,在橫焊和立焊位置的焊條消耗量比在平焊位置時(shí)增加10%,比在仰焊位置時(shí)增加20%。對于全位置焊接,由于有平焊、立焊和仰焊,因此計(jì)算焊條時(shí)應(yīng)取一個(gè)1.15的系數(shù)?？紤]到現(xiàn)場施工焊接影響因素較多,例如,焊條引弧失敗,整根焊條都會棄用,或者焊條藥皮破損、端部破裂、焊條頭過長棄用等,都會造成焊條消耗量增加,因此計(jì)算焊條量有必要再乘以一個(gè)1.2的系數(shù)。考慮到以上因素,管道焊接材料的消耗理論公式可以修正為:G單口=3.14D A(1+Kb)/(106Kn) 1.151.2 (3)式中：G單個(gè)焊口焊條用量,kg;D管道直徑,mm。對于根焊焊條:A1=1b+(1

6、-p)2tan(/2) (4)式中：A1根焊縫熔敷金屬截面積,mm2;1根焊層厚度,mm。對于3.2焊條,取2.53.0mm; 對于4.0焊條,取3.23.5mm。對于熱焊焊條: A2=(1-0.5+2) b+(1-0.5+2-p)2tan(/2)-(1-0.5) b+(1-0.5-p)2 tan(/2) (5)式中：A2熱焊縫熔敷金屬截面積,mm2;熱焊層厚度,取1.52.0mm。式(5)中,1-0.5是考慮到根焊后清渣時(shí)有一定的打磨量,按0.5mm考慮。對于填充、蓋面用焊條:A3=b+(-p)2tan(/2)+2ch/3-(1-0.5+2-0.5) b+(1-0.5+2-0.5-p)2ta

7、n(/2) (6)式中：A3填充、蓋面焊縫熔敷金屬截面積,cm2。式(5)、式(6)中,2-0.5是考慮到熱焊后清渣時(shí)有一定的打磨量,按0.5mm考慮。按照以上修正公式,以陜西靖邊至北京輸氣管道和大港至永清輸氣管道為例,對手工下向焊的焊條用量進(jìn)行了理論計(jì)算,并與實(shí)際用量進(jìn)行了對比,計(jì)算結(jié)果見表1。表1手工電弧焊焊條用量計(jì)算值與實(shí)際耗量對比由表1的對比結(jié)果可以看出,整個(gè)焊口的焊條三、半自動焊藥芯焊絲的用量計(jì)算目前,管道的半自動焊施工,一般采用纖維素焊條手工下向焊打底,填充、蓋面采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊。這種方法在國內(nèi)的蘭成渝成品油管道和西氣東輸工程中都得到了廣泛應(yīng)用,蘇丹、利比亞輸油管道工程也

8、均采用了這種焊接方法。焊絲計(jì)算有所不同。自保護(hù)藥芯焊絲的定額計(jì)算公式見式（7）G=AL(1000Kn ) （7）式中Kn金屬由焊絲到焊縫的轉(zhuǎn)熔系數(shù),包括燒損、飛濺等損失,藥芯焊絲,Kn取0.720.75。不同的焊接位置,焊絲單位消耗量也不同。式(7)為平焊位置的用量計(jì)算公式,對于管道全位置焊,焊絲消耗要比純平焊位置用量大,焊絲用量乘以一個(gè)1.10系數(shù),焊絲耗量的理論公式可以修正為:G=3.14DA/(1000Kn)1.10 (8)根焊焊條計(jì)算公式同式(4)。對于填充、蓋面焊絲：A3=b+(-p)2tan(/2)+2ch/3-(1-0.5) b+（1-0.5- p) 2tan(/2) (9)按照

9、上述修正公式,以利比亞輸油管道和蘇丹輸油管道為例,對焊材用量進(jìn)行了理論計(jì)算,并與實(shí)際用量進(jìn)行了對比,計(jì)算結(jié)果見表2。從表2的對比結(jié)果可以看出,以上幾種管徑和壁厚的鋼管,通過修正的焊接材料理論計(jì)算值,與現(xiàn)場焊接實(shí)際用量非常接近,精確度均在90%以上。與現(xiàn)行定額相比,打底焊焊條用量小于定額用量,焊絲用量基本與定額量相同。四、自動焊實(shí)芯焊絲的用量計(jì)算自動焊技術(shù)適用于大口徑、大壁厚管道,具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡便、焊縫外觀成型美觀等特點(diǎn)。國內(nèi)管道應(yīng)用自動焊技術(shù)起步較晚,在大港至永清輸氣管道和澀寧蘭輸氣管道上,曾采用引進(jìn)的NOREASTAW971焊機(jī)進(jìn)行過試驗(yàn),采用STT打底焊,NOREAST自動焊機(jī)進(jìn)

10、行填充、蓋面。國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用自動焊技術(shù)是在西氣東輸管道工程中, 程中的自動焊機(jī)組主要集中在西部地段,根焊采用STT半自動焊和自動內(nèi)焊機(jī)AW4042施焊,填充、蓋面采用意大利公司生產(chǎn)的PWT2NRT外焊機(jī)和中國石油天然氣管道科學(xué)研究院研制的PAW2000型外焊機(jī)進(jìn)行焊接。對于自動焊所用的焊接材料,無論是根焊,還是填充、蓋面焊一般均采用符合AWSA5.18或AWSA5.28標(biāo)準(zhǔn)的氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲進(jìn)行焊接,不同點(diǎn)是根焊和填充、蓋面用的焊絲型號(強(qiáng)度級別)和焊絲直徑不同。例如,西氣東輸工程根焊用焊絲為AWSA5.18ER70SG(0.9mm)、填充、蓋面用焊絲為AWSA5.28ER80SG(1.0mm

11、)。在計(jì)算自動焊焊接材料時(shí),對采用的不同焊接材料要分別進(jìn)行計(jì)算。氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲的定額計(jì)算公式同式(7),只是該式中的Kn取0.900.95。焊絲理論計(jì)算修正公式同式(8)。根焊焊絲熔敷金屬截面積計(jì)算公式同式（4），式中的1 取2.02.5mm。填充、蓋面焊熔敷金屬截面積計(jì)算見式（10）。A3=b+(-p)2tan(/2)+2ch/3-1b+(1-p)2tan(/2) （10)利用上述一系列公式,即可以計(jì)算出管道自動焊所用不同型號實(shí)芯焊絲的用量。五、結(jié)束語通過修正公式計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際情況的對比,可以看出,理論計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際用量基本吻合,滿足管道工程用料的要求,計(jì)算結(jié)果比較理想。計(jì)算公式適用于管道V形坡口的對接,對于厚壁管采用的U形坡口或復(fù)合型坡口,應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整熔敷金屬