海洋平臺工藝管線焊接新工藝

海洋石油工程股份有限公司（天津 300452）孫有輝 欒陳杰 陳建軍 李建永 王志業 李 香

海洋平臺管線連接建造均采用焊接的方法，考慮到管徑較小，焊接主要采用鎢極氬弧焊，該工藝操作性強，焊接質量優良，是當前海洋平臺工藝管線的主要焊接方法。

但是，隨著海洋平臺建造任務的增加，工藝管線的焊接工作量也在逐漸增大，初步統計一座平臺的管線總長度可超過4000m，焊口數量為6000～7000個，焊接任務非常大。在這種時間緊任務重的情況下，就需要改變傳統的焊接工藝方法，開發一種新型高效的焊接工藝，以適應新形勢下的生產要求。

1.TT焊新工藝介紹

TT（TIP TIG縮寫）焊是一種半自動的鎢極氬弧焊，它是基于一種獨特創新的動態送絲和熱絲全自動送絲的TIG焊接系統（Dynamic Hot Wire TIG Automation)。該技術完全突破傳統TIG焊接技術的局限，于2008年獲得荷蘭烏斯勒斯國際焊接技術展覽會金獎，被評價為“焊接技術的重大技術革新”。TT專利技術實現鎢極惰性氣體保護焊的全自動送絲功能，焊接速度快，生產效率高，同時由于焊絲對熔池的攪拌功能，不但有效地破壞了金屬熔池及熔滴表面張力，改善金屬的熔敷性能，而且使熔池中產生和裹挾的氣體、雜質容易逃逸，從而保證焊縫具有優良的冶金和力學性能。TT焊機、焊槍如圖1、圖2所示。

圖1 TT焊機

圖2 TT焊槍

2.TT焊工藝試驗

（1）試驗母材 母材選擇為海洋平臺工藝管線實際所有鋼管，材質為ASTM A 106 B，屈服強度300MPa，抗拉強度460MPa，伸長率31%。

（2）試驗焊材 焊材選擇林肯焊絲JG—50，焊絲直徑為1.0mm，盤狀，屈服強度為450MPa，抗拉強度為560MPa，伸長率為27%，化學成分如表1所示。

表1 焊材的化學成分（質量分數） （%）

（3）坡口類型 本次試驗采用對接接頭形式，坡口為60°單面V形坡口，間隙2～4mm，鈍邊1～2mm，如圖3所示。焊接位置采用管子6G全位置（見圖4）。

圖3 坡口尺寸

圖4 焊接位置

（4）焊接參數 焊接預熱為30℃，最大層間溫度200℃，保護氣體純度為99%的氬氣，焊接擺動寬度最大15mm，焊接參數如表2所示。

表2 焊接參數

（5）焊接檢測 NDT檢測：焊接完成后對管試件進行無損檢測。首先進行焊縫外觀檢測，焊縫成形良好，焊道表面光滑，余高道寬等均符合標準要求；其次24h后對焊縫進行RT、UT及MT檢測，焊縫無表面裂紋、內部夾渣氣孔等缺陷，質量良好，符合標準要求。

力學性能試驗：按照ASME IX—2010標準進行。第一，拉伸試驗。拉伸試件均斷于母材，抗拉強度達到480MPa，高于母材值，符合標準要求，如圖5所示。

第二，彎曲試驗。彎曲試件壓頭直徑選用40mm，彎曲180°后，彎曲部位未產生裂紋等缺陷，結果可接受，如圖6所示。

第三，硬度試驗。硬度試驗采用HV10方式測試，打點位置位于距試件上下表面1.5mm位置，橫向測試15個點，最終測試最大硬度為206HV，符合標準要求。

圖5 拉伸試驗

圖6 彎曲試驗

第四，宏觀腐蝕。腐蝕后焊道分層清晰，未發現任何缺陷，質量合格。

（6）試驗結果 通過無損及力學性能試驗檢測，新工藝焊接接頭性能符合標準要求，說明此項工藝開發成功，可以用于工程實踐。

3.TT焊工藝前景

隨著TT焊工藝的應用推廣，其焊接母材的適用范圍也將逐漸增大，除了碳鋼管線外，不銹鋼、特種合金鋼等可應用TIG焊工藝的金屬材料，也可以應用。

在海洋工程領域，除了海洋平臺工藝管線焊接需求外，在海底管線鋪設，特別是復合管海底管線的鋪設上，TT焊也將發揮巨大的優勢。復合管是基層為碳鋼，復合層為不銹鋼的雙金屬復合管，它集合了碳鋼高強度和不銹鋼耐蝕性的優點。焊接這種鋼管，主要考慮其復合層不銹鋼，常規焊接方法為氬弧焊，因此TT焊這種半自動的氬弧焊也必將發揮其優勢。

4.結語

TT焊工藝集成了傳統TIG與MIG的優點，它有著與MIG焊接一樣的熔敷效率，同時得到和TIG焊接一樣的焊縫質量。焊接參數要求很低，操作簡單，很容易實現自動化作業，若用熱絲，生產效率更高。其成形焊縫的冶金性能和力學性能技術指標均十分優異。低的熱量輸入、低的焊接熱變形、低的修復和返工。焊縫表面成形好，不需要進行焊縫表面美觀修復，無飛濺、無需打磨。

目前TT焊已經逐漸在海洋平臺中開始使用，它的優勢特點決定了這種工藝方法最終將在海洋平臺工藝管線的焊接中發揮主要作用。