油田建設工程常用焊接技術要點分析

中圖分類號：TE4 文獻標識碼：A

摘要：通過對油建系統(tǒng)中的施工焊接技術進行系統(tǒng)的分析對比，可以為更好地、科學地選擇合理的焊接技術和工藝，從而能夠更好地提高效率和質量。

關鍵詞：焊接；特性；管道 ；技術

一、高壓緩沖器的焊接技術

高壓緩沖器一般由兩個沖壓半球和數根絲頭接管組裝焊接而成，直徑600mm，壁厚42mm，材質為16MnR，設計壓力34.3Mpa，設計溫度150℃，工作介質為H2、N2，是Ⅲ類壓力容器，焊接質量要求嚴格，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。

（一）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行詳細的理論分析和研究。根據IIW推薦的碳當量計算法，16MnR的CE值較?。?.29%），其材質的可焊性較好。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馬氏體組織，增大了冷裂傾向，產生熱裂紋。

（二）緩沖器的焊接特點

緩沖器的結構為球體，直徑小（D=600mm）、壁厚大（δ=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，容易產生夾渣（或未熔合）、氣孔和裂紋等缺陷，一旦造成焊縫返修，經濟損失嚴重。對擬定的焊接工藝，經模擬焊接和工藝評定合格后，根據容器組裝后的實際情況，稍加修改并應用于焊接生產中。

二、管道焊接

（一）管道建設特點對焊接設備應用的影響

管道建設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帶來了困難。因此，焊接設備也需要隨著作業(yè)地點的改變而來斷移動，這就對焊接設備的質量、體積、抗震等方面有所要求。

1.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。現場應用的焊接設備應能夠適應上述一種或多種焊接工藝。

2.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的焊接耐心。為提高建設速度，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行熱焊的同時，進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，會產生一定的附加應力

（二）焊接工藝的確定和技術標準

1.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量分數ω為30%～50%的有機物、纖維素，具有極強的造氣功能，焊接時在電弧熱的作用下可以分解出大量的CO和C02氣體，在保護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格，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，容易獲得高質量的焊縫，因此特別適合打底焊。

2.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行填充、蓋面焊無論在國內和國外都有許多成功的范例，其靈活簡便、適應性強的優(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，其熔敷效率、力學性能指標等均能滿足當今管道建設的需要，在焊接自動化率要求不高的場合是十分適用的。

三、焊接的技術標準

（一）接管的焊接

施焊前要對坡口進行預熱，當溫度達到（100-150）℃時，才能開始焊接。GTAW打底時，電弧應對準接管一側稍加穩(wěn)弧，適當添加焊絲，防止產生裂紋。

（二）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)縫都能處于轉動焊位置，再按焊序進行焊接。因GTAW焊層薄，為防止燒穿，用φ3.2mm焊條焊第2層，電流不要太大，層間溫度不能低于預熱溫度。第3、4層焊道寬度適中，在坡口兩側稍做穩(wěn)弧，注意焊條角度，選擇合適的焊接參數。第5-10層，采用一層兩道的排焊方法。

（三）焊接合龍的要求

合攏不能使用管端坡口整形機來加工坡口，還要對鋼管進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，同時該機還具有自動補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。

四、焊接過程中的技術要點

對擬定的焊接工藝，經模擬焊接和工藝評定合格后，根據容器組裝后的實際情況，稍加修改并應用于焊接生產中。

（一）焊接方法

根據緩沖器的焊接特點和質量要求，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。

（二）焊接設備

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

（三）焊接材料

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

GTAW：焊絲H10Mnsi 直徑Φ2.5mm，鈰鎢棒Φ3mm，Ar氣純度99.98%，長型號噴嘴；SMAW：E5015，Φ3.2mm和Φ4mm，烘烤溫度（350-450）℃，保溫時間（1-2）h。

（四）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行雙面焊后再組裝。

（五）焊接工藝參數

為了降低冷卻速度，防止冷裂紋和夾渣的產生，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熱使焊工勞動條件惡化的原因，焊前預熱溫度選擇（100～150）℃。

五、焊接施工的質量控制

（一）首先對焊接施工單位的管理人員、技術人員及特種崗位的操作人員，實行資質審查和管理。人是施工的主體，是油田設施保證施工質量的直接創(chuàng)造者，人員素質的高低和質量意識的強弱，直接影響到施工質量的優(yōu)劣，只有經過對施工隊伍的資質和管理水平、技術措施進行事前的嚴格審查把關，符合條件的方可進場作業(yè)。對于關鍵崗位、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，方準上崗操作。

（二）對工程所需的原材料、配件的質量控制。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。

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

參考文獻：

[1]中國焊接學會 焊接手冊（第2卷）北京 機械工業(yè)出版社 1992