淺談不銹鋼管道焊接變形的控制

摘 要：長(zhǎng)慶油田第四天然氣凈化廠是長(zhǎng)慶油田分公司建設(shè)工程處2012年的重點(diǎn)工程之一，該凈化廠內(nèi)酸氣管線大量采用不銹鋼管道。作者通過參與第四天然氣凈化廠的建設(shè)，深刻地體驗(yàn)到了不銹鋼焊接變形的普遍性和嚴(yán)重性。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的反復(fù)試驗(yàn)，認(rèn)真分析了不銹鋼管道焊接變形產(chǎn)生的主要原因，并通過采取焊前裝卡、焊接過程中采用合理的焊接順序以及焊后矯正等措施，較好地控制了焊接變形，保證了不銹鋼管道的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；管道；焊接；焊縫；變形控制

靖邊氣田第四天然氣凈化廠位于陜西省延安市志丹縣杏河鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)年處理天然氣30億立方米，主要負(fù)責(zé)接收南五、南六干線來氣，原料氣經(jīng)來氣分離、計(jì)量后進(jìn)入脫硫脫碳裝置，采用MDEA/DEA混合溶液脫除幾乎所有的H2S和部分CO2，從脫硫脫碳裝置出來的濕凈化氣送至脫水裝置采用TEG（三甘醇）脫水工藝進(jìn)行脫水處理，脫水后的凈化商品氣通過計(jì)量外輸至定西線和周邊用戶。第一施工項(xiàng)目部主要承擔(dān)全廠工藝及熱力管網(wǎng)系統(tǒng)的施工。本系統(tǒng)主要承擔(dān)靖邊氣田第四天然氣凈化廠原料氣、凈化氣、放空氣、酸氣、儀表風(fēng)、壓縮空氣、氮?dú)?、采暖水、?dǎo)熱油、生產(chǎn)污水、甲醇污水、蒸汽、凝結(jié)水等13種介質(zhì)。其中酸氣管線采用不銹鋼管材，規(guī)格最大的為Ф610×7，材質(zhì)為022Cr19Ni10，焊口采用100%射線檢測(cè)。

文章通過第四凈化廠不銹鋼管線焊接實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)不銹鋼管道施工過程中，很大一部分管段對(duì)口焊接后變形較大，尤其是大口徑管線。

1 不銹鋼管道焊接變形原因

不銹鋼管道焊接變形有兩方面原因：（1）不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較大（奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)比碳鋼約大50倍），導(dǎo)熱慢，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，一旦內(nèi)應(yīng)力控制不當(dāng)，易產(chǎn)生變形；（2）在實(shí)際焊接中，由于不銹鋼熔池流體粘性大，焊接困難，施焊時(shí)往往需增大焊接電流，這樣線能量增加易產(chǎn)生焊接變形。此外，點(diǎn)焊、水平固定焊的長(zhǎng)度和數(shù)量不夠，施焊的順序不當(dāng)?shù)纫惨滓鹱冃巍?/p>

由于第四凈化廠工期緊、任務(wù)重、天氣惡劣，為確保施工進(jìn)度和質(zhì)量，必須解決不銹鋼焊接變形這一難題，否則，將會(huì)造成大量的不必要的返工。

2 焊接變形控制措施

不銹鋼管道焊接主要工作流程如下：坡口打磨一組對(duì)一固定一焊口自檢一監(jiān)理檢查一焊口點(diǎn)焊一焊口滿焊一外觀檢查一無損檢測(cè)。由焊接工藝流程可知，焊前和焊接過程中的工藝控制是整個(gè)控制焊接變形的關(guān)鍵，而焊后的變形矯正作用十分有限。因此，文章將著重從焊前和焊接過程兩方面討論控制焊接變形。

2.1 嚴(yán)格控制厚度偏差，對(duì)DN150mm以下的管口采取用角向磨光機(jī)手動(dòng)磨光的方法，對(duì)DN150mm～DN300mm的管道采取機(jī)械加工坡口的方法；制作專用夾具、管卡，對(duì)DN150mm以下管道安裝管卡對(duì)口（圖1）

2.2 對(duì)DN150mm以上、DN300mm以下管道采用專用對(duì)口夾具，將擱置管道的馬凳固定或連成一個(gè)整體。采用夾具組對(duì)定位時(shí)，夾具不宜焊接在管道上。焊口若需熱處理，卡具的拆除應(yīng)在熱處理試驗(yàn)之前進(jìn)行，熱處理之后不得在母材上焊接任何附件。當(dāng)去除臨時(shí)點(diǎn)固物時(shí)，不應(yīng)損傷母材，并將其殘留物焊疤清除干凈（圖2）。

2.3 坡口形式及裝配

坡口形式采用V形坡口，由于采用了較小的焊接電流，熔深小，因而坡口的鈍邊比碳鋼小。根據(jù)《石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規(guī)程》（SH/T3523-1999），鈍邊p=0.5～1.5mm，而坡口角度比碳鋼大，為α=70°～80°，其形式見圖3。

2.4 對(duì)口前，實(shí)測(cè)管道坡口壁厚，如有偏差，則厚薄交叉搭配，對(duì)稱錯(cuò)開，盡量減少由于壁厚偏置引起的變形。管道沿圓周方向的坡口角度大小應(yīng)均勻，盡量減小對(duì)口間隙，通常對(duì)口間隙1～2mm，以減少填充金屬。在試件圓周如鐘表的1點(diǎn)和11點(diǎn)位置進(jìn)行點(diǎn)焊，電焊點(diǎn)數(shù)多于碳鋼對(duì)口時(shí)的點(diǎn)焊點(diǎn)數(shù)，點(diǎn)焊長(zhǎng)度不小于10mm，厚度不小于3mm。如同樣是DN600的管線，碳鋼材質(zhì)的管線組對(duì)時(shí)一般電焊4～6點(diǎn)，而不銹鋼材質(zhì)的管線組對(duì)時(shí)則需要電焊10～12點(diǎn)。詳見圖4。

因不銹鋼熱膨脹系數(shù)較大，焊接時(shí)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，要求采用嚴(yán)格的定位焊。對(duì)于d≤+89mm的管采用兩點(diǎn)定位，d：+89～+219mm采用三點(diǎn)定位，d≥219mm的采用四點(diǎn)定位；定位焊縫長(zhǎng)度6～8mm。

2.5 正式施焊時(shí)，應(yīng)把管道分成4個(gè)1/4圓周，對(duì)稱施焊；對(duì)于d≥219mm的管道，宜對(duì)稱焊，兩名焊工施焊時(shí)的焊接速度應(yīng)基本一致，焊接順序見（圖5）。

此外，反變形法也是一種實(shí)用的工藝，詳見圖6。焊接時(shí)必須嚴(yán)格按照工藝卡上的焊接電流和焊接速度進(jìn)行，以確保小的線能量。不銹鋼管道焊接時(shí)，焊縫的層間溫度必須嚴(yán)格控制在100℃以內(nèi)。

打底焊時(shí)焊縫厚度應(yīng)盡量薄，與根部熔合良好，收弧時(shí)要成緩坡形，如有收弧縮孔，應(yīng)用磨光機(jī)磨掉。必須在坡口內(nèi)引弧熄弧，熄弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑，防止弧坑裂紋。

2.6 在現(xiàn)場(chǎng)施工中如果發(fā)生管道變形超標(biāo)，需進(jìn)行矯正，當(dāng)矯正不能使管道安裝尺寸達(dá)到質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，進(jìn)行割口處理，割口執(zhí)行相關(guān)規(guī)定。

3 質(zhì)量檢驗(yàn)

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)施工圖紙要求和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，焊接材料及焊接工藝依據(jù)相應(yīng)的焊接工藝卡進(jìn)行，管道焊縫根據(jù)圖紙要求進(jìn)行；在管件、管道附件、管線設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)做好安裝記錄；管道裝配件的線尺寸偏差不超過±3mm/m，在裝配件的全長(zhǎng)上不大于±10mm；角尺寸偏差和中心線偏差不超過±2.5mm/m，但在后面連接的整個(gè)直管段上的偏差不大于±10mm。

4 結(jié)束語

總之，通過采取這些措施，較好地保證了不銹鋼管線的施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，大大縮短施工周期。

參考文獻(xiàn)

[1]張一凡.不銹鋼管道焊接變形控制[J].中國(guó)建材，2003（3）：31-32.

作者簡(jiǎn)介：張志富（1971，1-），男，甘肅隴南人，大專，助理工程師，研究方向：油氣田地面建設(shè)、油田采油。