油田建设工程常用焊接技术要点分析

中图分类号：TE4 文献标识码：A

摘要：通过对油建系统中的施工焊接技术进行系统的分析对比，可以为更好地、科学地选择合理的焊接技术和工艺，从而能够更好地提高效率和质量。

关键词：焊接；特性；管道 ；技术

一、高压缓冲器的焊接技术

高压缓冲器一般由两个冲压半球和数根丝头接管组装焊接而成，直径600mm，壁厚42mm，材质为16MnR，设计压力34.3Mpa，设计温度150℃，工作介质为H2、N2，是Ⅲ类压力容器，焊接质量要求严格，其中A、B类接头100%RT检验，按JB4730-94《压力容器无损检测》执行，Ⅱ级合格，C、D类焊接接头进行MT或PT检测Ⅰ级合格，容器按GB150-1998《钢制压力容器》制造检验与验收。

（一）焊接特性

在制订焊接工艺前，对16MnR的焊接特性和缓冲器的焊接特点进行详细的理论分析和研究。根据IIW推荐的碳当量计算法，16MnR的CE值较小（0.29%），其材质的可焊性较好。但是，由于16MnR含有少量合金元素，其淬硬倾向较低碳钢要大。在焊接16MnR时，一般情况下，不会产生裂纹。但是，在低温环境、或在大刚性和钢板厚度较大（>25mm）时焊接，因冷却速度过快而出现马氏体组织，增大了冷裂倾向，产生热裂纹。

（二）缓冲器的焊接特点

缓冲器的结构为球体，直径小（D=600mm）、壁厚大（δ=42mm），焊缝形式为对接和对接+角接，坡口深而窄，焊接工作量大，如果整体组装后焊接，焊接过程中，容易产生夹渣（或未熔合）、气孔和裂纹等缺陷，一旦造成焊缝返修，经济损失严重。对拟定的焊接工艺，经模拟焊接和工艺评定合格后，根据容器组装后的实际情况，稍加修改并应用于焊接生产中。

二、管道焊接

（一）管道建设特点对焊接设备应用的影响

管道建设属于典型的野外施工作业，其作业点沿着管道的走向不断迁移，焊接工作的难度可想而知，而采用流水作业或单兵作业的方式，更为这种模式的推进带来了困难。因此，焊接设备也需要随着作业地点的改变而来断移动，这就对焊接设备的质量、体积、抗震等方面有所要求。

1.在不同地形地貌、不同气候条件，不同管径、不同壁厚和不同旗工技术能力等条件下，对管道施工要采取的焊接工艺选择是不一样的。现场应用的焊接设备应能够适应上述一种或多种焊接工艺。

2.所要焊接的钢管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。这对焊接设备、焊接材料和焊工操作水平都提出了较高的要求，需要焊接人员以更高的水平和更精细的焊接耐心。为提高建设速度，需要尽量缩短管口组对和根部焊接的时间。即在前一道焊口完成根部焊接进行热焊的同时，进行下一道焊口的管口组对，这样做可以提高效率，但是管子不能稳定地固定，会产生一定的附加应力

（二）焊接工艺的确定和技术标准

1.打底焊工艺

使用纤维素焊条手工焊纤维素下向焊焊条的药皮中含有质量分数ω为30%～50%的有机物、纤维素，具有极强的造气功能，焊接时在电弧热的作用下可以分解出大量的CO和C02气体，在保护电弧和熔池金属的同时，显著增加了电弧吹力，保证了熔滴在全位置焊接时向熔池的稳定过渡，还可阻止铁水和液态熔渣的下淌，同时还有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能，对管子的对口间隙要求不很严格，焊缝背面成形好，气孔敏感性小，容易获得高质量的焊缝，因此特别适合打底焊。

2.填充、盖面焊工艺

使用铁粉低氢型焊条手工焊使用铁粉低氢型向下焊条进行填充、盖面焊无论在国内和国外都有许多成功的范例，其灵活简便、适应性强的优点在我国劳动力资源相对丰富的条件下，更得到了充分的发挥。特别是近年来焊条工艺性能的改进，其熔敷效率、力学性能指标等均能满足当今管道建设的需要，在焊接自动化率要求不高的场合是十分适用的。

三、焊接的技术标准

（一）接管的焊接

施焊前要对坡口进行预热，当温度达到（100-150）℃时，才能开始焊接。GTAW打底时，电弧应对准接管一侧稍加稳弧，适当添加焊丝，防止产生裂纹。

（二）环缝的焊接

接管焊接完毕，并检验合格后，在两个半球上，按与环缝截面相垂直的轴线上分别焊接一根2吋的管子，架空一定高度，使整条环缝都能处于转动焊位置，再按焊序进行焊接。因GTAW焊层薄，为防止烧穿，用φ3.2mm焊条焊第2层，电流不要太大，层间温度不能低于预热温度。第3、4层焊道宽度适中，在坡口两侧稍做稳弧，注意焊条角度，选择合适的焊接参数。第5-10层，采用一层两道的排焊方法。

（三）焊接合龙的要求

合拢不能使用管端坡口整形机来加工坡口，还要对钢管进行切断并在切断钢管的同时加工出坡口。大直径钢管火焰自动切割机保留了火焰切割使用方便的特点，舍弃了磁性行走轮而用带形轨道，同时该机还具有自动补偿管径误差和椭圆误差的特点，已在西气东输工程中被使用，取得了良好的效果，具有实用推广价值。

四、焊接过程中的技术要点

对拟定的焊接工艺，经模拟焊接和工艺评定合格后，根据容器组装后的实际情况，稍加修改并应用于焊接生产中。

（一）焊接方法

根据缓冲器的焊接特点和质量要求，通过对其他焊接方法的比较，选用GTAW+SMAW的组合焊接工艺方法，接管与球体角焊缝在环缝组对前焊接，并采用双面焊，环缝采用单面焊。

（二）焊接设备

美国Mailler.602型焊机、GTAW+SMAW两用直流电源、威尔斯通水冷GTAW焊炬、氧一乙炔火焰预热工具、红外线温度检测仪。

（三）焊接材料

根据16MnR的焊接特性，遵照焊缝强度等于或稍高于母材的低合金高强度钢焊条的选用原则，选择如下：

GTAW：焊丝H10Mnsi 直径Φ2.5mm，铈钨棒Φ3mm，Ar气纯度99.98%，长型号喷嘴；SMAW：E5015，Φ3.2mm和Φ4mm，烘烤温度（350-450）℃，保温时间（1-2）h。

（四）坡口型式和加工方法

缓冲器直径小、壁厚大，球体环缝只能采用单面焊双面成形的工艺，而两个半球上的接管可以进行双面焊后再组装。

（五）焊接工艺参数

为了降低冷却速度，防止冷裂纹和夹渣的产生，考虑施工季节的环境温度（20℃）、球体组装后刚度增加和预热使焊工劳动条件恶化的原因，焊前预热温度选择（100～150）℃。

五、焊接施工的质量控制

（一）首先对焊接施工单位的管理人员、技术人员及特种岗位的操作人员，实行资质审查和管理。人是施工的主体，是油田设施保证施工质量的直接创造者，人员素质的高低和质量意识的强弱，直接影响到施工质量的优劣，只有经过对施工队伍的资质和管理水平、技术措施进行事前的严格审查把关，符合条件的方可进场作业。对于关键岗位、特种岗位和特殊专业上的操作人员，必须持有由油田行政主管部门签发的上岗证，都必须持有效上岗证件，方准上岗操作。

（二）对工程所需的原材料、配件的质量控制。施工过程中所需要的各种原料、配件必须在检查合格后方可使用。

（三）对施工作业环境和作业条件的准备工作质量控制。如安全通道、机具的摆放、官桥的搭设等，这些环境条件是否良好，直接影响到施工能否顺利进行，直接影响施工质量能否得到保障。

参考文献：

[1]中国焊接学会 焊接手册（第2卷）北京 机械工业出版社 1992

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