厚壁不銹鋼管道焊接變形分析及控制方法探究

蔣德森

摘要：厚壁不銹鋼管道在進行焊接工作時會由于操作誤區發生變形，本文從熱膨脹系數高、熱影響區域大、產生焊接應力三個方面分析了厚壁不銹鋼管道焊接變形原因。并且從提前預熱、機械加工坡口、合理控制焊接熱影響區和處理應力四個方面來分析控制厚壁不銹鋼焊接變形的方法，希望能夠為相關工作人員提供參考。

關鍵詞：厚壁不銹鋼;鋼管管道;焊接變形

前言：

在當前的油田開采工作中，油田中的硫化物含量不斷增加，會對油氣輸送管道產生腐蝕效果。所以厚壁不銹鋼管道逐漸成為一種較為常見的應用管道，但是不銹鋼本身具有熔點較高、熱膨脹系數較高的問題，在實際的焊接工作中容易因為不銹鋼自身性質而導致管道出現變形情況，需要相關人員進行處理。

1分析厚壁不銹鋼管道焊接變形原因

1.1熱膨脹系數高

熱膨脹系數較高是不銹鋼材料本身所具有的一個特征。和普通的低碳鋼材料有著區別的是，奧氏體=不銹鋼熱膨脹系數要高約1.5倍左右。這就導致著厚壁不銹鋼材料在進行熱焊接的時候天然更容易發生變形的情況，會對人工焊接和使用造成一定程度上的影響。需要工作人員在進行厚壁不銹鋼焊接工作時改進焊接技術，控制奧氏體不銹鋼的熱膨脹程度，使其在焊接過程和焊接結束后的變形程度能夠處于可控的范圍內，能夠符合厚壁不銹鋼的使用標準。

1.2熱影響區域大

對奧氏體不銹鋼之中的所含元素進行分析，能夠從分析中判斷得出這種不銹鋼材料中大量含有銘元素，該元素的含量要超過13%。由于銘元素具有熔點較高的特點，為了能夠使厚壁不銹鋼被成功熔化和焊接，需要以較大的電流來進行焊接工作，使熔池溫度較高。所以在針對厚壁不銹鋼材料進行焊接作業時會由于其材料的熔點較高而使熱焊接的區域被迫擴大，基本上會使焊接成數超過3層。這就導致在針對厚壁不銹鋼材料進行焊接工作時會產生較大的變形量。

1.3產生焊接應力

在高溫的影響下，不銹鋼材料焊縫熔合區會快速熔化，焊接區附近的低溫區會對融合區產生一定約束作用，這種約束作用的存在就會導致不銹鋼材料在焊接過程中產生應力。在焊接工作結束之后，由于融合材料在冷卻收縮的過程中和周圍材料之間存在較大溫差，會使焊接區域與周圍連接的區域進一步產生殘余應力，其共同作用會導致焊接過程中的不銹鋼材料發生變形情況。并且這種應力的存在還會從一定程度上影響到焊接母體的局部耐腐蝕性和本身的物理性能。

2控制厚壁不銹鋼焊接變形的方法

2.1提前預熱

在前文中提到，厚壁不銹鋼材料在進行加工的過程中發生變形的很重要一部分原因就是溫差所導致的焊接應力，其殘余應力不僅會導致不銹鋼焊接發生形變，更會影響到焊接母體材料的耐腐蝕性和物理性能。由于不銹鋼在加熱過程中會受到熱膨脹系數的影響，根據研究調查結果可得，不銹鋼熱膨脹系數會在溫度達到一定臨界值時趨于平緩，在這一平緩值時進行焊接工作能夠較好地降低不銹鋼熱膨脹的影響。所以在進行焊接操作的時候需要適當對不銹鋼材料來進行預熱，讓不銹鋼材料能夠在預熱中提前適應焊接的高溫，以合理的焊接組隊來最大程度上地減少焊接中會產生的焊接應力以及焊接結束之后的殘余應力，使焊接過程中發生的變形情況能夠得到控制。為了起到控制厚壁不銹鋼變形情況的效果，工作人員在進行工作時還需要適當根據實際的焊接情況來調整焊接工序，制定出能夠最大程度上保留不銹鋼原有形狀的不銹鋼焊接技術，從而進一步地提升厚壁不銹鋼焊接技術。

2.2機械加工坡口

由于厚壁不銹鋼材料具有一定特殊性，在進行實際的切割操作時往往使用硬度較高的材料來完成切割的工作。目前較為常見的厚壁不銹鋼切割道具為手工等離子切割磨光機。這種切割工具能夠很好地進行坡口加工和坡口切割。但是由于這種坡口切割加工方法在實際施工現場進行操作時具有較大的難度，不利于提升工作效率。要想能夠成果提升機械加工的速度和機械加工效果，需要改變當前坡口加工方式，采用機械切割的辦法來完成坡口加工的工作。機械坡口加工工作不僅能夠極大程度上地節省加工效率，并且由于機械操作的便捷性，對操作人員的專業素質要求也能夠稍微降低，從而進一步降低企業的用工成本。并且由于機械坡口加工方式的標準化程度較高，還能夠有利于厚壁不銹鋼材料的后續應用。該操作方法能夠在保障焊接口加工處于一種較為標準的程度，同時使后續對坡口進行加熱和焊接時能夠使坡口位置的熱影響區分布得較為均勻，極大程度上地降低了焊接失誤和焊接變形情況發生的可能性。

2.3合理控制焊接熱影響區

在實際操作上，由于焊接熱影響區會對厚壁不銹鋼管的變形情況產生較大程度上的影響，所以在焊接時需要合理地控制焊接熱影響區域，以減少厚壁不銹鋼管道變形情況的發生。以直徑為80mm的不銹鋼管道為例，在進行焊接工作的過程中，可以使用三點定位組織方法來完成定位工作。對于直徑大于200mm的不銹鋼管道，則可以采用四點定位組織方法。只有這樣才能夠最有效地降低焊接時熱膨脹和熱影響，使厚壁不銹鋼管的變形程度能夠得到控制。在整個焊接的過程中，應該嚴格按照對稱焊接定位組隊的方法來進行操作，只有這樣才能夠最大程度上地降低影響區對焊接變形的影響。除此之外，為了降低由于焊接應力對不銹鋼管產生的變形影響，需要以人工的方式來控制焊接區域的溫度情況，使焊接區溫度能夠得到嚴格的控制。以200-600攝氏度之間比較理想。只有這樣的方法才能夠從最大程度上地降低熱焊接影響，使熱焊接區域的變形反應最低，從而延長鋼管的使用壽命。

2.4處理應力

根據前文中研究調查結果所得，厚壁不銹鋼管的形變很大程度上都是由于焊接時產生的焊接應力，焊接應力會對不銹鋼表面和內部造成不可抗力的影響，從而使不銹鋼在焊接時產生變形的情況，或者由于應力影響而導致不銹鋼材料的耐用性下降。所以如何處理應力也是一種很常用的控制焊接變形的方法。在常見的情況下，主要使用熱處理的方法來消除焊接施工之后所產生的焊接應力。熱處理的操作辦法主要是退火或者固溶熱處理兩種。一般在焊接施工現場中施工人員主要采取退火熱處理的方法來進行施工后殘余應力的處理工作。在實際操作上，需要以人為的方法來控制焊接溫度，以600攝氏度為宜。施工人員需要將溫度控制在600攝氏度并且保持至少十分鐘，加熱焊接區域以及焊接區域的周圍區域，最大程度上地降低溫差，防止后續焊接應力產生。當加熱之后，應該采取緩慢冷卻的方法來讓厚壁不銹鋼冷卻。

結論：

綜上所述，由于厚壁不銹鋼管的自身原因，實際操作中非常容易產生焊接變形的情況發生。而且由于當焊接變形的情況發生之后，對其完成后續處理操作難度較大，所以需要在焊接的前期以人工的方法來進行處理，降低鋼管發生變形的幾率。

參考文獻：

[1]鄭學慶.厚壁不銹鋼管道焊接變形分析及控制方法[J].設備管理與維修，2020（07）：106-107

[2]劉衛.厚壁不銹鋼管道焊接變形分析及控制方法[J].石油和化工設備，2019，22（04）：109-110