海洋平臺(tái)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(yè) 李 香

海洋平臺(tái)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(qiáng)，焊接質(zhì)量優(yōu)良，是當(dāng)前海洋平臺(tái)工藝管線的主要焊接方法。

但是，隨著海洋平臺(tái)建造任務(wù)的增加，工藝管線的焊接工作量也在逐漸增大，初步統(tǒng)計(jì)一座平臺(tái)的管線總長度可超過4000m，焊口數(shù)量為6000～7000個(gè)，焊接任務(wù)非常大。在這種時(shí)間緊任務(wù)重的情況下，就需要改變傳統(tǒng)的焊接工藝方法，開發(fā)一種新型高效的焊接工藝，以適應(yīng)新形勢下的生產(chǎn)要求。

1.TT焊新工藝介紹

TT（TIP TIG縮寫）焊是一種半自動(dòng)的鎢極氬弧焊，它是基于一種獨(dú)特創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)送絲和熱絲全自動(dòng)送絲的TIG焊接系統(tǒng)（Dynamic Hot Wire TIG Automation)。該技術(shù)完全突破傳統(tǒng)TIG焊接技術(shù)的局限，于2008年獲得荷蘭烏斯勒斯國際焊接技術(shù)展覽會(huì)金獎(jiǎng)，被評(píng)價(jià)為“焊接技術(shù)的重大技術(shù)革新”。TT專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎢極惰性氣體保護(hù)焊的全自動(dòng)送絲功能，焊接速度快，生產(chǎn)效率高，同時(shí)由于焊絲對(duì)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(chǎn)生和裹挾的氣體、雜質(zhì)容易逃逸，從而保證焊縫具有優(yōu)良的冶金和力學(xué)性能。TT焊機(jī)、焊槍如圖1、圖2所示。

圖1 TT焊機(jī)

圖2 TT焊槍

2.TT焊工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)?zāi)覆?母材選擇為海洋平臺(tái)工藝管線實(shí)際所有鋼管，材質(zhì)為ASTM A 106 B，屈服強(qiáng)度300MPa，抗拉強(qiáng)度460MPa，伸長率31%。

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

表1 焊材的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（3）坡口類型 本次試驗(yàn)采用對(duì)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(shù) 焊接預(yù)熱為30℃，最大層間溫度200℃，保護(hù)氣體純度為99%的氬氣，焊接擺動(dòng)寬度最大15mm，焊接參數(shù)如表2所示。

表2 焊接參數(shù)

（5）焊接檢測 NDT檢測：焊接完成后對(duì)管試件進(jìn)行無損檢測。首先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)要求；其次24h后對(duì)焊縫進(jìn)行RT、UT及MT檢測，焊縫無表面裂紋、內(nèi)部夾渣氣孔等缺陷，質(zhì)量良好，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

力學(xué)性能試驗(yàn)：按照ASME IX—2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。第一，拉伸試驗(yàn)。拉伸試件均斷于母材，抗拉強(qiáng)度達(dá)到480MPa，高于母材值，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖5所示。

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

第三，硬度試驗(yàn)。硬度試驗(yàn)采用HV10方式測試，打點(diǎn)位置位于距試件上下表面1.5mm位置，橫向測試15個(gè)點(diǎn)，最終測試最大硬度為206HV，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 拉伸試驗(yàn)

圖6 彎曲試驗(yàn)

第四，宏觀腐蝕。腐蝕后焊道分層清晰，未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，質(zhì)量合格。

（6）試驗(yàn)結(jié)果 通過無損及力學(xué)性能試驗(yàn)檢測，新工藝焊接接頭性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，說明此項(xiàng)工藝開發(fā)成功，可以用于工程實(shí)踐。

3.TT焊工藝前景

隨著TT焊工藝的應(yīng)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(yīng)用TIG焊工藝的金屬材料，也可以應(yīng)用。

在海洋工程領(lǐng)域，除了海洋平臺(tái)工藝管線焊接需求外，在海底管線鋪設(shè)，特別是復(fù)合管海底管線的鋪設(shè)上，TT焊也將發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。復(fù)合管是基層為碳鋼，復(fù)合層為不銹鋼的雙金屬復(fù)合管，它集合了碳鋼高強(qiáng)度和不銹鋼耐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。焊接這種鋼管，主要考慮其復(fù)合層不銹鋼，常規(guī)焊接方法為氬弧焊，因此TT焊這種半自動(dòng)的氬弧焊也必將發(fā)揮其優(yōu)勢。

4.結(jié)語

TT焊工藝集成了傳統(tǒng)TIG與MIG的優(yōu)點(diǎn)，它有著與MIG焊接一樣的熔敷效率，同時(shí)得到和TIG焊接一樣的焊縫質(zhì)量。焊接參數(shù)要求很低，操作簡單，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，若用熱絲，生產(chǎn)效率更高。其成形焊縫的冶金性能和力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)均十分優(yōu)異。低的熱量輸入、低的焊接熱變形、低的修復(fù)和返工。焊縫表面成形好，不需要進(jìn)行焊縫表面美觀修復(fù)，無飛濺、無需打磨。

目前TT焊已經(jīng)逐漸在海洋平臺(tái)中開始使用，它的優(yōu)勢特點(diǎn)決定了這種工藝方法最終將在海洋平臺(tái)工藝管線的焊接中發(fā)揮主要作用。