注水井口卡箍頭焊接裂紋的預(yù)防

【摘 要】注水井井口流程焊接時(shí)，其高壓注水閥門是卡接，卡箍頭與流程無(wú)縫鋼管連接，連接處是焊接連接。在焊接過(guò)程中，往往由于焊接工藝及焊接材料選用不當(dāng)，造成焊縫裂紋。在注水井流程施工中，分析井口及管道的材質(zhì)及焊接性能，制定焊接工藝，解決焊接中存在的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】注水井；卡箍頭；無(wú)縫鋼管；焊接裂紋

0.前言

在地面工程施工時(shí)，經(jīng)常遇到注水井卡箍頭與流程無(wú)縫鋼管焊接，焊縫出現(xiàn)裂紋問(wèn)題。焊口在工程中是極為重要的，不允許返修，否則將直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和施工進(jìn)度。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，對(duì)注水井口卡箍頭部位焊接性能及焊接工藝進(jìn)行分析總結(jié)：

1.卡箍頭及流體管材質(zhì)及焊接性分析

1.1卡箍頭及流體管材質(zhì)

一般在現(xiàn)場(chǎng)施工中采用無(wú)縫鋼管為16mn鋼，即Q345鋼管。而卡箍頭采用的鋼材為碳鋼Q235。

1.2焊接性能分析

Q345B鋼及Q235A鋼的化學(xué)成分如表1所示：

表1 Q345B鋼及Q235碳鋼化學(xué)成分表

由表1可知，這兩種鋼的化學(xué)成分相差不大，所以不屬于異種鋼焊接。

1.3碳當(dāng)量的計(jì)算

1.3.1 Q235鋼的碳當(dāng)量

根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量公式：

CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15

=（0.14～0.22）+（0.3～0.65）/6=0.19～0.328（%）

由于碳當(dāng)量小于0.4%，Q235鋼淬硬傾向不大，焊接性良好。

1.3.2 Q345鋼的碳當(dāng)量

CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15+V/5

=0.20+（1.0～1.6）/6+（0.02～0.15）/5=0.37～0.49（%）

由上式可知，其碳當(dāng)量大于0.45%，所以Q345鋼的焊接性不是特別好，在焊接時(shí)需制定嚴(yán)格的工藝措施。

2.焊接中產(chǎn)生的問(wèn)題

2.1裂紋的形式

該焊縫為環(huán)形角焊縫，卡箍頭內(nèi)徑為78mm，流體管為?76×18無(wú)縫鋼管。焊接完后，焊縫靠近鋼管一側(cè)易出現(xiàn)裂紋。其形態(tài)表現(xiàn)為無(wú)分支而且有延遲開(kāi)裂的特點(diǎn)，所以判斷為延遲裂紋。

2.2裂紋的分布

一般位于距熔合線約0.1-0.2mm的近縫區(qū)中，裂紋走向與熔合線平行。

從以上現(xiàn)象可看出：因?yàn)镼235鋼的焊接性良好，所以可以判斷問(wèn)題是出現(xiàn)在Q345無(wú)縫鋼管的焊接工藝上。

3.焊接裂紋產(chǎn)生的原因

焊縫的工作壓力是14Mpa左右，而18mm厚Q345鋼管的屈服強(qiáng)度為s≥325Mpa，完全能滿足要求。而出現(xiàn)裂紋的原因主要是：

3.1擴(kuò)散氫引起的裂紋。

氫的主要來(lái)源是焊接材料中的水分和焊接區(qū)域中的油污、鐵銹、水或有機(jī)物經(jīng)焊接電弧的高溫作用分解成氫原子而進(jìn)入焊接熔池。

3.2殘余應(yīng)力引起的裂紋。

由于焊接是局部加熱過(guò)程，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變循環(huán)，因此在焊后便產(chǎn)生了殘余應(yīng)力而引起裂紋。

3.3焊縫在焊后冷卻過(guò)程中，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生脆化，形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降.結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。

4.焊接工藝措施

為了獲得無(wú)裂紋的焊接接頭，特制訂如下措施：

4.1焊接材料的選擇

由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015/?3.2mm（其化學(xué)成分見(jiàn)表2）。

表2 E5015焊條化學(xué)成分熔敷成分表

焊條使用前進(jìn)行烘干，并儲(chǔ)存在100-150℃恒溫箱中。

4.2焊接坡口的選擇

焊接坡口選用單邊V型坡口，對(duì)口間隙2mm；徹底清除坡口表面及坡口兩側(cè)20mm內(nèi)油污、鐵銹、水及其它雜物。

4.3焊接方法

4.3.1焊前預(yù)熱

因卡箍頭較厚及鋼管冷裂傾向大，所以需要焊前預(yù)熱。預(yù)熱溫度100-120℃。這樣即可有效降低水汽、鐵銹的影響，又能降低焊縫冷卻速度，使氫更易于從焊縫熔池中向大氣擴(kuò)散。

4.3.2焊后熱處理

為了降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：580-650℃，恒溫時(shí)間為1小時(shí) 。焊口焊接完成后應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行熱處理。如不能及時(shí)進(jìn)行熱處理應(yīng)采取保溫、緩冷措施。

4.4操作工藝

4.4.1焊接電流。

為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝。

4.4.2焊接順序。

焊接時(shí)焊條由鋼管下部起弧分別由一端順時(shí)針走弧。每層焊道<5mm。蓋面時(shí)，焊條擺動(dòng)在卡箍頭一側(cè)多停留一會(huì)。

4.4.3保持適當(dāng)?shù)膶娱g溫度，層間溫度下限不得低于預(yù)熱溫度的下限值，填充蓋面時(shí)焊條中間過(guò)渡要快，以控制焊縫高度。

5.結(jié)論

采用合理的焊接材料和焊接工藝，推廣使用該方法后，此種類型焊縫未見(jiàn)出現(xiàn)問(wèn)題，減少了焊口返修焊次數(shù)，同時(shí)也降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。為油田節(jié)約了大量的材料成本，間接帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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