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    022Cr19Ni10不銹鋼管焊接變形的原因以及控制措施

    來源: 發布時間:2021-05-06 次瀏覽

     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全采用022Cr19Ni10不銹鋼管。作者通過參與第四天然氣凈化廠的建設,深刻地體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,認真分析了不銹鋼管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后嬌正等措施,較好地控制了焊接變形,保證了不銹鋼管焊接質量。

       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022Cr19Ni10不銹鋼管施工過程中,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 022Cr19Ni10不銹鋼管焊接變形原因 
      022Cr19Ni10不銹鋼管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 
      022Cr19Ni10不銹鋼管焊接主要工作流程如下:坡口打磨-組對-固定-焊口自檢-監理檢查-焊口點焊-焊口滿焊-外觀檢查-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。
      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。 
      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022Cr19Ni10不銹鋼管的施工質量,加快施工進度,大大縮短施工周期。


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