油田建設(shè)工程常用焊接技術(shù)的分析與研究

高澤帥

遼河油田油建二公司是全國石油基建系統(tǒng)具有較高生產(chǎn)資質(zhì)的極少數(shù)企業(yè)之一，不僅在遼河油田區(qū)域，還在西氣東輸、油田管道等多項重大基礎(chǔ)設(shè)施施工項目中作出過積極貢獻(xiàn)，并取得良好的反響。通過對油建系統(tǒng)中的施工焊接技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析對比，可以為更好地、科學(xué)地選擇合理的焊接技術(shù)和工藝，從而能夠更好地提高效率和質(zhì)量。

焊接；特性；管道；技術(shù)

1.高壓緩沖器的焊接技術(shù)

高壓緩沖器一般由兩個沖壓半球和數(shù)根絲頭接管組裝焊接而成，直徑600mm，壁厚42mm，材質(zhì)為16MnR，設(shè)計壓力34.3Mpa，設(shè)計溫度150℃，工作介質(zhì)為H2、N2，是Ⅲ類壓力容器，焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格，其中A、B類接頭100%RT檢驗，按JB4730-94《壓力容器無損檢測》執(zhí)行，Ⅱ級合格，C、D類焊接接頭進(jìn)行MT或PT檢測Ⅰ級合格，容器按GB150-1998《鋼制壓力容器》制造檢驗與驗收。

A.焊接特性

在制訂焊接工藝前，對16MnR的焊接特性和緩沖器的焊接特點進(jìn)行詳細(xì)的理論分析和研究。根據(jù)IIW推薦的碳當(dāng)量計算法，16MnR的CE值較?。?.29%），其材質(zhì)的可焊性較好。但是，由于16MnR含有少量合金元素，其淬硬傾向較低碳鋼要大。在焊接16MnR時，一般情況下，不會產(chǎn)生裂紋。但是，在低溫環(huán)境、或在大剛性和鋼板厚度較大（>25mm）時焊接，因冷卻速度過快而出現(xiàn)馬氏體組織，增大了冷裂傾向，產(chǎn)生熱裂紋。

B.緩沖器的焊接特點

緩沖器的結(jié)構(gòu)為球體，直徑小（D=600mm）、壁厚大（=42mm），焊縫形式為對接和對接=角接，坡口深而窄，焊接工作量大，如果整體組裝后焊接，焊接過程中，容易產(chǎn)生夾渣（或未熔合）、氣孔和裂紋等缺陷，一旦造成焊縫返修，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。對擬定的焊接工藝，經(jīng)模擬焊接和工藝評定合格后，根據(jù)容器組裝后的實際情況，稍加修改并應(yīng)用于焊接生產(chǎn)中。

2.管道焊接

A.管道建設(shè)特點對焊接設(shè)備應(yīng)用的影響

管道建設(shè)屬于典型的野外施工作業(yè)，其作業(yè)點沿著管道的走向不斷遷移，焊接工作的難度可想而知，而采用流水作業(yè)或單兵作業(yè)的方式，更為這種模式的推進(jìn)帶來了困難。因此，焊接設(shè)備也需要隨著作業(yè)地點的改變而來斷移動，這就對焊接設(shè)備的質(zhì)量、體積、抗震等方面有所要求。

在不同地形地貌、不同氣候條件，不同管徑、不同壁厚和不同旗工技術(shù)能力等條件下，對管道施工要采取的焊接工藝選擇是不一樣的?，F(xiàn)場應(yīng)用的焊接設(shè)備應(yīng)能夠適應(yīng)上述一種或多種焊接工藝。

所要焊接的鋼管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。這對焊接設(shè)備、焊接材料和焊工操作水平都提出了較高的要求，需要焊接人員以更高的水平和更精細(xì)的焊接耐心。為提高建設(shè)速度，需要盡量縮短管口組對和根部焊接的時間。即在前一道焊口完成根部焊接進(jìn)行熱焊的同時，進(jìn)行下一道焊口的管口組對，這樣做可以提高效率，但是管子不能穩(wěn)定地固定，會產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力.

B.焊接工藝的確定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

打底焊工藝。使用纖維素焊條手工焊纖維素下向焊焊條的藥皮中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％~50％的有機(jī)物、纖維素，具有極強(qiáng)的造氣功能，焊接時在電弧熱的作用下可以分解出大量的CO和CO2氣體，在保護(hù)電弧和熔池金屬的同時，顯著增加了電弧吹力，保證了熔滴在全位置焊接時向熔池的穩(wěn)定過渡，還可阻止鐵水和液態(tài)熔渣的下淌，同時還有較大的熔透能力和優(yōu)異的填充間隙性能，對管子的對口間隙要求不很嚴(yán)格，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，容易獲得高質(zhì)量的焊縫，因此特別適合打底焊。

填充、蓋面焊工藝。使用鐵粉低氫型焊條手工焊使用鐵粉低氫型向下焊條進(jìn)行填充、蓋面焊無論在國內(nèi)和國外都有許多成功的范例，其靈活簡便、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點在我國勞動力資源相對豐富的條件下，更得到了充分的發(fā)揮。特別是近年來焊條工藝性能的改進(jìn)，其熔敷效率、力學(xué)性能指標(biāo)等均能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要，在焊接自動化率要求不高的場合是十分適用的。

3.焊接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

A.接管的焊接

施焊前要對坡口進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)溫度達(dá)到（100~150）℃時，才能開始焊接。GTAW打底時，電弧應(yīng)對準(zhǔn)接管一側(cè)稍加穩(wěn)弧，適當(dāng)添加焊絲，防止產(chǎn)生裂紋。

B.環(huán)縫的焊接

接管焊接完畢，并檢驗合格后，在兩個半球上，按與環(huán)縫截面相垂直的軸線上分別焊接一根2吋的管子，架空一定高度，使整條環(huán)縫都能處于轉(zhuǎn)動焊位置，再按焊序進(jìn)行焊接。因GTAW焊層薄，為防止燒穿，用3.2mm焊條焊第2層，電流不要太大，層間溫度不能低于預(yù)熱溫度。第3、4層焊道寬度適中，在坡口兩側(cè)稍做穩(wěn)弧，注意焊條角度，選擇合適的焊接參數(shù)。第5~10層，采用一層兩道的排焊方法。

C.焊接合龍的要求

合攏不能使用管端坡口整形機(jī)來加工坡口，還要對鋼管進(jìn)行切斷并在切斷鋼管的同時加工出坡口。大直徑鋼管火焰自動切割機(jī)保留了火焰切割使用方便的特點，舍棄了磁性行走輪而用帶形軌道，同時該機(jī)還具有自動補(bǔ)償管徑誤差和橢圓誤差的特點，已在西氣東輸工程中被使用，取得了良好的效果，具有實用推廣價值。

4.焊接過程中的技術(shù)要點

對擬定的焊接工藝，經(jīng)模擬焊接和工藝評定合格后，根據(jù)容器組裝后的實際情況，稍加修改并應(yīng)用于焊接生產(chǎn)中。

A.焊接方法

根據(jù)緩沖器的焊接特點和質(zhì)量要求，通過對其他焊接方法的比較，選用GTAW=SMAW的組合焊接工藝方法，接管與球體角焊縫在環(huán)縫組對前焊接，并采用雙面焊，環(huán)縫采用單面焊。

B.焊接設(shè)備

美國Mailler.602型焊機(jī)、GTAW=SMAW兩用直流電源、威爾斯通水冷GTAW焊炬、氧一乙炔火焰預(yù)熱工具、紅外線溫度檢測儀。

C.焊接材料

根據(jù)16MnR的焊接特性，遵照焊縫強(qiáng)度等于或稍高于母材的低合金高強(qiáng)度鋼焊條的選用原則，選擇如下：

GTAW：焊絲H10Mnsi直徑2.5mm，鈰鎢棒3mm，Ar氣純度99.98%，長型號噴嘴；SMAW：E5015，3.2mm和4mm，烘烤溫度（350~450）℃，保溫時間（1~2）h。

D.坡口型式和加工方法

緩沖器直徑小、壁厚大，球體環(huán)縫只能采用單面焊雙面成形的工藝，而兩個半球上的接管可以進(jìn)行雙面焊后再組裝。

E.焊接工藝參數(shù)

為了降低冷卻速度，防止冷裂紋和夾渣的產(chǎn)生，考慮施工季節(jié)的環(huán)境溫度（20℃）、球體組裝后剛度增加和預(yù)熱使焊工勞動條件惡化的原因，焊前預(yù)熱溫度選擇（100~150）℃。

5.焊接施工的質(zhì)量控制

首先對焊接施工單位的管理人員、技術(shù)人員及特種崗位的操作人員，實行資質(zhì)審查和管理。人是施工的主體，是油田設(shè)施保

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證施工質(zhì)量的直接創(chuàng)造者，人員素質(zhì)的高低和質(zhì)量意識的強(qiáng)弱，直接影響到施工質(zhì)量的優(yōu)劣，只有經(jīng)過對施工隊伍的資質(zhì)和管理水平、技術(shù)措施進(jìn)行事前的嚴(yán)格審查把關(guān)，符合條件的方可進(jìn)場作業(yè)。對于關(guān)鍵崗位、特種崗位和特殊專業(yè)上的操作人員，必須持有由油田行政主管部門簽發(fā)的上崗證，都必須持有效上崗證件，方準(zhǔn)上崗操作。

對工程所需的原材料、配件的質(zhì)量控制。施工過程中所需要的各種原料、配件必須在檢查合格后方可使用。

對施工作業(yè)環(huán)境和作業(yè)條件的準(zhǔn)備工作質(zhì)量控制。如安全通道、機(jī)具的擺放、官橋的搭設(shè)等，這些環(huán)境條件是否良好，直接影響到施工能否順利進(jìn)行，直接影響施工質(zhì)量能否得到保障。

[1]中國焊接學(xué)會.焊接手冊（第2卷）北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1992