油田建設工程常用焊接技術的分析與研究

高澤帥

遼河油田油建二公司是全國石油基建系統具有較高生產資質的極少數企業之一，不僅在遼河油田區域，還在西氣東輸、油田管道等多項重大基礎設施施工項目中作出過積極貢獻，并取得良好的反響。通過對油建系統中的施工焊接技術進行系統的分析對比，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。

焊接；特性；管道；技術

1.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。

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值較小（0.29%），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。

B.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（=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。

2.管道焊接

A.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，其作業點沿著管道的走向不斷遷移，焊接工作的難度可想而知，而采用流水作業或單兵作業的方式，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。

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。

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，但是管子不能穩定地固定，會產生一定的附加應力.

B.焊接工藝的確定和技術標準

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CO2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定過渡，還可阻止鐵水和液態熔渣的下淌，同時還有較大的熔透能力和優異的填充間隙性能，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。

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。

3.焊接的技術標準

A.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弧，適當添加焊絲，防止產生裂紋。

B.環縫的焊接

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3.2mm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。

C.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。

4.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。

A.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縫組對前焊接，并采用雙面焊，環縫采用單面焊。

B.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。

C.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。

E.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，考慮施工季節的環境溫度（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）℃。

5.焊接施工的質量控制

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

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證施工質量的直接創造者，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。對于關鍵崗位、特種崗位和特殊專業上的操作人員，必須持有由油田行政主管部門簽發的上崗證，都必須持有效上崗證件，方準上崗操作。

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。

對施工作業環境和作業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。

[1]中國焊接學會.焊接手冊（第2卷）北京：機械工業出版社.1992