氬弧焊在石油天然氣場站上的應用

蔡小通，費春元

（中國石油青海油田分公司建筑安裝公司，青海 海西 816400）

氬弧焊在石油天然氣場站上的應用

蔡小通，費春元

（中國石油青海油田分公司建筑安裝公司，青海 海西 816400）

本文介紹了石油天然氣場站中焊接技術的應用情況，重點介紹了氬弧焊的特點和應用，希望可以對以氬弧焊技術為主的各類焊接技術在石油天然氣場站建設中的應用能夠起到一定的作用。

氬弧焊；石油天然氣；場站

0 前言

隨著我國在石油天然氣方面的開發建設，儲運設施的建設必須跟上開采步伐。因此，在石油天然氣場站建設過程中，也要求焊接技術達到更高更新更實用更可靠的要求，為我國的石油天然氣的貯存提供良好的條件。在眾多的焊接技術中，氬弧焊是一項在此領域有著重大發展前景和應用價值的焊接技術。

1 焊接技術分類與氬弧焊簡介

金屬焊接方法有40多種，主要可以分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

（1）熔焊是指將工件接口加熱至熔化但并不加壓力完成焊接的方法。在熔焊過程中，大氣與高溫熔池直接接觸，使得空氣中的氧氣將金屬和各種合金元素氧化，另外，空氣中的氮氣、水蒸汽等也會進入熔池，在冷卻過程中形成氣孔、裂紋和夾渣等焊接缺陷，使得焊接質量下降，難以達到優良的焊接效果，對工藝水平造成影響。

（2）壓焊是在加壓的條件下，使得需焊接的兩個工件在固態形式下實現原子間的結合，所以又稱固態焊接。有電阻對焊、高頻焊、散焊壓和冷壓焊等。壓焊的優點是不引入填充材料，不引起金屬材料的熔化，所以避免了有害元素的進入，有益元素的氧化，簡化了焊接過程，使得焊接安全和衛生條件有很大程度上的改觀。另外，壓焊的熱區影響區也遠小于熔焊。

（3）釬焊是用比待焊接工件的金屬材料熔點低的金屬材料作為釬料，將釬料和工件加熱到二者熔點之間的溫度，利用已經液態化的釬料來潤濕工件，進而填充接口間隙，并且實現與工件原子間的互相擴散，達成焊接目的的方法。

對于熔焊的缺點，人們開始使用保護方法。氣體保護電弧焊就是其中一種方法。常用的保護氣體有惰性氣體氬氣，還有二氧化碳等，來隔絕空氣。此外，在焊皮中加入與氧氣反應活躍的鈦粉，在焊接過程中實現脫氧，避免錳、硅氧化，這類技術常用于鋼材焊接。

氬弧焊打底焊接的質量是比較好的，而且焊接后背部無焊渣，適用于場站、儲罐工藝管道的安裝，或者是管徑小管壁厚度比較小的工藝管道。但是在風速大于1m/s的情況下，氬氣的保護作用減弱，容易產生氣孔，這是氬弧焊的缺點所在。所以，在風速較大的情況下，即使采用防風措施，也不能很好的保證焊接的質量。

2 石油天然氣場站上焊接技術的應用現狀

目前，從焊接設備的角度來看，國內的油氣田使用的設備以一機多用的直流弧焊電泳為主，這類設備具有多種用途，如焊條電弧上向焊、焊條電弧下向焊、二氧化碳氣體保護焊、藥芯半自動焊等功能，部分設備還可以進行氬弧焊。國內品牌有川焊、時代、運達和熊谷等，而國外則有林肯和米勒等焊機。

在材料方面，選擇的金屬材料要達到石油氣場站設備需要的強度、塑性、硬度、韌性等各項技術指標的要求。手工焊條電弧上向焊條以國產為主，碳鋼焊條、不銹鋼焊條、低合金鋼焊條、堆焊焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條等十一大類。工焊條電弧上向焊條則以國外生產的油氣管道專用焊條為主，主要是纖維素型和低氫型兩種。關于焊絲，國產和非國產都有使用，有二氧化碳氣體及氬弧焊填充焊絲、自保護藥芯焊絲、埋弧焊絲等等。焊接使用到的氣體包括氬氣、二氧化碳、二氧化碳和氬氣的混合氣體、氧氣和乙炔等。

在技術方面，考慮施工實際情況，要確保工程中工件的焊接質量，有效的組合焊接技術是必由之路。例如將焊條電弧下向焊和二氧化碳氣體保護焊結合起來，同樣，氬氣保護焊接也可以與之進行組合。

在焊接工藝方面，組合焊接工藝對坡口的要求與非組合焊接類似，一般采用單邊V型坡口即可。當管壁較薄時，可以采用30°±0.5°的單邊V型坡口。當焊接材料的厚度大于14mm時，可以選擇22°±1°的單邊V型坡口。

3 氬弧焊的特點及技術要求

當氬氣的純度達到99.999%時，完全可以滿足焊接的使用要求。當氣瓶內的壓強0.5MPa時，應該停止使用，因為水含量有所增加。氬氣流量是影響保護效果的另一個重要的影響因素。流量的大小直接影響焊縫的質量。當氬氣的流量過大的時候，不僅造成對氬氣的浪費，另外，過大的氬氣流還會產生紊流，將空氣卷入，適得其反。當氬氣流量過小時，又難以排除周圍的空氣，空氣入侵熔池，造成氣孔等。所以，確定合適的氬氣流是氬弧焊的關鍵所在。另外，還應該考慮實際操作情況和環境，例如風速的因素。

另外，確保氣路通暢、選擇合適的噴嘴直徑都是不可忽視的影響因素。

氬弧焊另一個重要組成部分就是電弧，關于電弧，要考慮即鎢極的伸出長度和電弧長短。鎢極伸出過長，保護效果降低，伸出過短，影響焊工操作視線。電弧的長度過長，增加噴嘴和焊件的距離，使得保護效果降低，電弧過短，焊絲和鎢極易接觸發生短路。這些可以通過經驗公式的計算確定，并且應該結合實際操作進行調整。

4 結語

目前而言，我國國內尚不能生產一些石油天然氣場站建設中必須的特種焊材，這限制了我國石油天然氣儲運的發展步伐。另外，對于焊接人才而言，一個焊工掌握一種焊接技術相對容易，但是要熟練掌握多種焊接技術則比較困難。而且當下焊接向著組合化方向發展，對焊工的技術掌握種類、熟練程度要求進一步提高。社會發展腳步加快，要求工程進度也要不斷提速，對于焊工的焊接速度、焊接精度也在提高。國家政策要求建成資源節約型社會，對焊接過程中的資源利用率也提出了高的要求。所以，要將氬弧焊成功的應用到我國的石油天然氣場站的建設中，仍需我們付出大量的努力。加大技術創新和人才培養的力度，才能將氬弧焊游刃有余的應用到石油天然氣場站建設中。

［1]薛志惠.氬弧焊在液化石油氣儲罐站工藝管道上的應用，天津燃氣，2001年第2期，第13-14頁.

［2]劉明輝，張廣華，艾云.混合焊接工藝在熱力管道的應用，石油化工設備，2009年8月第38卷增刊，第24-25頁.

［3]穆學禮.組合焊接技術在油氣田地面工程建設中的應用探討，科技視界，2013年04期，第59、46頁.

［4]薛振奎，隋永莉.焊接新技術在我國管道建設中的應用，焊管，2010年4月第33卷第4期，第58-61頁.

蔡小通，男，研究方向：石油天然氣站內工藝管道的焊接。