淺談不銹鋼管道焊接變形的控制

摘 要：長慶油田第四天然氣凈化廠是長慶油田分公司建設工程處2012年的重點工程之一，該凈化廠內酸氣管線大量采用不銹鋼管道。作者通過參與第四天然氣凈化廠的建設，深刻地體驗到了不銹鋼焊接變形的普遍性和嚴重性。經過現場施工過程中的反復試驗，認真分析了不銹鋼管道焊接變形產生的主要原因，并通過采取焊前裝卡、焊接過程中采用合理的焊接順序以及焊后矯正等措施，較好地控制了焊接變形，保證了不銹鋼管道的焊接質量。

關鍵詞：不銹鋼；管道；焊接；焊縫；變形控制

靖邊氣田第四天然氣凈化廠位于陜西省延安市志丹縣杏河鎮，設計年處理天然氣30億立方米，主要負責接收南五、南六干線來氣，原料氣經來氣分離、計量后進入脫硫脫碳裝置，采用MDEA/DEA混合溶液脫除幾乎所有的H2S和部分CO2，從脫硫脫碳裝置出來的濕凈化氣送至脫水裝置采用TEG（三甘醇）脫水工藝進行脫水處理，脫水后的凈化商品氣通過計量外輸至定西線和周邊用戶。第一施工項目部主要承擔全廠工藝及熱力管網系統的施工。本系統主要承擔靖邊氣田第四天然氣凈化廠原料氣、凈化氣、放空氣、酸氣、儀表風、壓縮空氣、氮氣、采暖水、導熱油、生產污水、甲醇污水、蒸汽、凝結水等13種介質。其中酸氣管線采用不銹鋼管材，規格最大的為Ф610×7，材質為022Cr19Ni10，焊口采用100%射線檢測。

文章通過第四凈化廠不銹鋼管線焊接實際情況，發現不銹鋼管道施工過程中，很大一部分管段對口焊接后變形較大，尤其是大口徑管線。

1 不銹鋼管道焊接變形原因

不銹鋼管道焊接變形有兩方面原因：（1）不銹鋼的熱膨脹系數較大（奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數比碳鋼約大50倍），導熱慢，容易產生較大的內應力，一旦內應力控制不當，易產生變形；（2）在實際焊接中，由于不銹鋼熔池流體粘性大，焊接困難，施焊時往往需增大焊接電流，這樣線能量增加易產生焊接變形。此外，點焊、水平固定焊的長度和數量不夠，施焊的順序不當等也易引起變形。

由于第四凈化廠工期緊、任務重、天氣惡劣，為確保施工進度和質量，必須解決不銹鋼焊接變形這一難題，否則，將會造成大量的不必要的返工。

2 焊接變形控制措施

不銹鋼管道焊接主要工作流程如下：坡口打磨一組對一固定一焊口自檢一監理檢查一焊口點焊一焊口滿焊一外觀檢查一無損檢測。由焊接工藝流程可知，焊前和焊接過程中的工藝控制是整個控制焊接變形的關鍵，而焊后的變形矯正作用十分有限。因此，文章將著重從焊前和焊接過程兩方面討論控制焊接變形。

2.1 嚴格控制厚度偏差，對DN150mm以下的管口采取用角向磨光機手動磨光的方法，對DN150mm～DN300mm的管道采取機械加工坡口的方法；制作專用夾具、管卡，對DN150mm以下管道安裝管卡對口（圖1）

2.2 對DN150mm以上、DN300mm以下管道采用專用對口夾具，將擱置管道的馬凳固定或連成一個整體。采用夾具組對定位時，夾具不宜焊接在管道上。焊口若需熱處理，卡具的拆除應在熱處理試驗之前進行，熱處理之后不得在母材上焊接任何附件。當去除臨時點固物時，不應損傷母材，并將其殘留物焊疤清除干凈（圖2）。

2.3 坡口形式及裝配

坡口形式采用V形坡口，由于采用了較小的焊接電流，熔深小，因而坡口的鈍邊比碳鋼小。根據《石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規程》（SH/T3523-1999），鈍邊p=0.5～1.5mm，而坡口角度比碳鋼大，為α=70°～80°，其形式見圖3。

2.4 對口前，實測管道坡口壁厚，如有偏差，則厚薄交叉搭配，對稱錯開，盡量減少由于壁厚偏置引起的變形。管道沿圓周方向的坡口角度大小應均勻，盡量減小對口間隙，通常對口間隙1～2mm，以減少填充金屬。在試件圓周如鐘表的1點和11點位置進行點焊，電焊點數多于碳鋼對口時的點焊點數，點焊長度不小于10mm，厚度不小于3mm。如同樣是DN600的管線，碳鋼材質的管線組對時一般電焊4～6點，而不銹鋼材質的管線組對時則需要電焊10～12點。詳見圖4。

因不銹鋼熱膨脹系數較大，焊接時產生較大的焊接應力，要求采用嚴格的定位焊。對于d≤+89mm的管采用兩點定位，d：+89～+219mm采用三點定位，d≥219mm的采用四點定位；定位焊縫長度6～8mm。

2.5 正式施焊時，應把管道分成4個1/4圓周，對稱施焊；對于d≥219mm的管道，宜對稱焊，兩名焊工施焊時的焊接速度應基本一致，焊接順序見（圖5）。

此外，反變形法也是一種實用的工藝，詳見圖6。焊接時必須嚴格按照工藝卡上的焊接電流和焊接速度進行，以確保小的線能量。不銹鋼管道焊接時，焊縫的層間溫度必須嚴格控制在100℃以內。

打底焊時焊縫厚度應盡量薄，與根部熔合良好，收弧時要成緩坡形，如有收弧縮孔，應用磨光機磨掉。必須在坡口內引弧熄弧，熄弧時應填滿弧坑，防止弧坑裂紋。

2.6 在現場施工中如果發生管道變形超標，需進行矯正，當矯正不能使管道安裝尺寸達到質量驗收標準要求時，進行割口處理，割口執行相關規定。

3 質量檢驗

焊縫質量檢驗依據施工圖紙要求和相關規范標準進行，焊接材料及焊接工藝依據相應的焊接工藝卡進行，管道焊縫根據圖紙要求進行；在管件、管道附件、管線設備安裝時，應做好安裝記錄；管道裝配件的線尺寸偏差不超過±3mm/m，在裝配件的全長上不大于±10mm；角尺寸偏差和中心線偏差不超過±2.5mm/m，但在后面連接的整個直管段上的偏差不大于±10mm。

4 結束語

總之，通過采取這些措施，較好地保證了不銹鋼管線的施工質量，加快施工進度，大大縮短施工周期。

參考文獻

[1]張一凡.不銹鋼管道焊接變形控制[J].中國建材，2003（3）：31-32.

作者簡介：張志富（1971，1-），男，甘肅隴南人，大專，助理工程師，研究方向：油氣田地面建設、油田采油。