油田建设施工企业特有焊接技术

　　辽河石油勘探局油建二公司是全国石油基建系统具有较高生产资质的极少数企业之一，先后在高压缓冲器、油田管道等多项施工项目中取得良好的反响。通过对油田施工焊接技术进行分析对比，可以为更好地选择焊接技术作出更加科学合理的选择，从而能够更好地提高效率。

　　1 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。

　　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。当HAZ达到1100℃时，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏体组织而产生脆化，因此，焊接工艺参数要适中。

　　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。

　　2 管道焊接

　　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。

　　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。

　　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

　　焊接工艺的确定。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。

　　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。

　　3 焊接操作技术要领

　　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。

　　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。

　　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。

　　4 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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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）℃。

　　5 焊接注意事项

　　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。

　　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。

　　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。

　　李克明