厚壁不銹鋼管道焊接變形分析及控制方法

鄭學慶

（大慶油田第一采油廠，黑龍江大慶 163514）

0 引言

隨著當前油田開開采油氣中二氧化硫、硫化氫等含量的不斷增加，在進行高壓天然氣管道輸送過程中厚壁不銹鋼材質管道取代傳統碳鋼管道已經成為一種趨勢，應用厚壁不銹鋼管道也全面提升了天然氣輸送管道耐腐蝕能力。但是不銹鋼材料本身具有較高的熔點，熱膨脹系數也較高，其自身的熱影響區(qū)域非常大，導致在實際焊接施工過程中非常容易出現焊接變形或者是應力集中等現象。

焊接變形是焊接施工過程中非常普遍的一種焊接質量通病，厚壁不銹鋼管道在實際進行焊接施工過程中由于其本身導熱較慢，而且焊接施工過程中的變形系數較高，熔池填充量非常大，因此很難實現對焊接施工過程中焊接變形的有效控制。

1 焊接變形原因分析

1.1 熱膨脹系數高

與普通的低碳鋼相比較，奧氏體不銹鋼熱膨脹系數要高1.5倍左右，在焊接施工過程中不銹鋼材質會受到熱膨脹系數的嚴重影響，非常容易出現變形現象。

1.2 熱影響區(qū)大

在不銹鋼材質中銘元素的含量超過了13%，而這種元素實際的熔點能夠達到1855。不銹鋼管道在實際焊接施工過程中必須要保證焊接電流更大，同時還要讓熔池的溫度更高。在針對厚壁不銹鋼管道進行焊接施工過程中熔池以及填充量都非常大，而且實際施工過程中焊接成數都基本超過3 層，這使得焊接過程中的變形量非常大[1]。

1.3 焊接應力產生

在高溫的影響下，會導致焊縫融合區(qū)快速融化，在這種情況下，周圍溫度較低的區(qū)域會對整個融合區(qū)產生一定的約束作用，從而使得進一步產生應力。完成焊接施工后融合區(qū)材料在冷卻收縮的過程中與溫度常處在不均勻的狀態(tài)下，加之周邊區(qū)域的影響，導致其在實際產生的收縮變形呈現出不均勻狀態(tài)，焊接區(qū)域以及周邊區(qū)域就會進一步產生殘余應力。在產生應力之后，不僅會導致焊接過程中產生嚴重變形，而且也會對焊接母材的局部耐腐蝕以及物理性能產生嚴重影響。

2 焊接變形控制措施

（1）通過提前進行預熱能夠有效控制焊接施工過程中熱膨脹系數的影響。通過針對熱膨脹系數對奧氏體的影響進行分析可以發(fā)現，在溫度不斷提升的情況下，熱膨脹系數對其產生的影響也會逐步增加，但是當溫度達到一定的臨界值之后，熱膨脹系數對其影響速度會逐步趨于平緩。充分利用這一特征，可以針對焊接施工前的母材進行提前預熱處理，讓其溫度達到150，這樣就可以使焊接母材的熱膨脹量得到提前釋放，從而將熱膨脹系數對焊接變形的影響控制在最低。

（2）機械加工坡口。針對不銹鋼管材通常情況下會使用手工等離子切割磨光機來進行坡口加工或切割，但是這種方法在施工作業(yè)現場掌握難度較大。充分利用機械切割的方式，不僅能夠進一步提升加工速度，而且現場操作也非常方便，能夠有效提升加工的標準化程度。在充分保證焊口加工標準程度的前提下，能夠對焊接施工形成促進作用，而且也能夠保證焊接施工過程中實現熱影響區(qū)的均勻分布[2]。

（3）合理控制焊接熱影響區(qū)。在實際針對厚壁不銹鋼管道進行施工作業(yè)的過程，首先必須要充分利用多點定位對稱施焊方法，對直徑約80 mm 的不銹鋼管道進行焊接的過程中，可以充分利用兩點定位方法進行，對直徑80～200 mm 的不銹鋼管道可以利用三點定位組織方法，直徑超過200 mm 的可以利用4 點定位組隊方法。在整個焊接施工過程中必須保證采取對稱焊接方法，這樣才能有效抵消熱影響區(qū)對焊接變形的影響。其次，還必須要針對層間溫度進行嚴格控制，針對不同焊接層類要合理地應用間斷焊接的方法，保證再實施下一步焊接施工之前，必須要將坡口內的溫度嚴格控制在200～600，這樣才能將厚壁不銹鋼管道焊接施工過程中焊接熱影響區(qū)對焊接變形的影響控制在最低[3]。

（4）利用熱處理有效消除焊接施工后的焊接應力。在對不銹鋼進行熱處理的過程中通常采取的是退火或者是固溶熱處理方法。針對不銹鋼進行固溶熱處理之后，能夠全面提升及耐腐蝕性能。在不銹鋼管道焊接施工現場，通常會使用退火熱處理方法來消除焊接施工后所產生的殘余應力變形，在具體處理過程中，應該將溫度嚴格控制在600左右并保持約10 min，再進行緩慢冷卻。

3 結束語

綜上所述，厚壁不銹鋼管道由于本身的壁厚相對比較大，在具體的焊接施工過程中非常容易產生焊接變形，而且完成焊接施工后變形矯正難度非常大。焊接變形會對厚壁不銹鋼管道耐腐蝕性能以及安裝誤差等都會形成巨大影響，因此在實際的施工作業(yè)過程中，可以充分利用提前預熱、合理焊接組對、調整焊接順序等方法來最大限度地消除焊接應力，將焊接變形控制在最小程度。在實際施工過程中，必須要由焊接施工技術人員做好數據統計分析，并制定出合理焊接施工計劃，這樣才能進一步提升焊接質量。