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022Cr19Ni10不锈钢管焊接变形的原因以及控制措施

来源: 发布时间:2021-05-06 次浏览

 摘要:长庆油田第四天然气净化厂是长庆油田分企业建设工程处2012年的重点工程之一该净化厂内酸气管线大全采用022Cr19Ni10不锈钢管。编辑通过参与第四天然气净化厂的建设,深刻地体到了不锈钢焊接变形的普遍性和严重性。经过现场施工过程中的反复试,认真分析了不锈钢管焊接变形产生的主要原因,并通过采取焊前装卡、焊接过程中采用合理的焊接顺序以及后娇正等措施,较好地控制了焊接变形,保证了不锈钢管焊接质量。

   靖边气田第四天然气净化厂位于陕西省延安市志丹县杏河镇,设计年处理天然气30亿立方米,主要负责接收南五、南六干线来气,原料气经来气分离、计量后进入脱硫脱碳装置,采用MDEA/DEA混合溶液脱除几乎所有的H2S和部分CO2,从脱硫脱碳装置出来的湿净化气送至脱水装置采用TEG脱水工艺进行脱水处理,脱水后的净化商品气通过计量外输至定西线和周边用户。第一施工项目部主要承担全厂工艺及热力管网系统的施工。本系统主要承担靖边气田第四天然气净化厂原料气、净化气、放空气、酸气、仪表风、压缩空气、氮气、采暖水、导热油、生产污水、甲醇污水、蒸汽、凝结水等13种介质。其中酸气管线采用不锈钢管材,规格最大的为Ф610×7,材质为022Cr19Ni10,焊口采用100%射线检测。 
  文章通过第四净化厂不锈钢管线焊接实际情况,发现022Cr19Ni10不锈钢管施工过程中,很大一部分管段对口焊接后变形较大,尤其是大口径管线。 
  1 022Cr19Ni10不锈钢管焊接变形原因 
  022Cr19Ni10不锈钢管焊接变形有两方面原因:(1)不锈钢的热膨胀系数较大(奥氏体不锈钢的热膨胀系数比碳钢约大50倍),导热慢,容易产生较大的内应力,一旦内应力控制不当,易产生变形;(2)在实际焊接中,由于不锈钢熔池流体粘性大,焊接困难,施焊时往往需增大焊接电流,这样线能量增加易产生焊接变形。此外,点焊、水平固定焊的长度和数量不够,施焊的顺序不当等也易引起变形。 
  由于第四净化厂工期紧、任务重、天气恶劣,为确保施工进度和质量,必须解决不锈钢焊接变形这一难题,否则,将会造成大量的不必要的返工。 
  2 焊接变形控制措施 
  022Cr19Ni10不锈钢管焊接主要工作流程如下:坡口打磨-组对-固定-焊口自检-监理检查-焊口点焊-焊口满焊-外观检查-无损检测。由焊接工艺流程可知,焊前和焊接过程中的工艺控制是整个控制焊接变形的关键,而焊后的变形矫正作用十分有限。因此,文章将着重从焊前和焊接过程两方面讨论控制焊接变形。 
  2.1 严格控制厚度偏差,对DN150mm以下的管口采取用角向磨光机手动磨光的方法,对DN150mm~DN300mm的管道采取机械加工坡口的方法;制作专用夹具、管卡,对DN150mm以下管道安装管卡对口
  2.2 对DN150mm以上、DN300mm以下管道采用专用对口夹具,将搁置管道的马凳固定或连成一个整体。采用夹具组对定位时,夹具不宜焊接在管道上。焊口若需热处理,卡具的拆除应在热处理试验之前进行,热处理之后不得在母材上焊接任何附件。当去除临时点固物时,不应损伤母材,并将其残留物焊疤清除干净。 
  2.3 坡口形式及装配 
  坡口形式采用V形坡口,由于采用了较小的焊接电流,熔深小,因而坡口的钝边比碳钢小。根据《石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》(SH/T3523-1999),钝边p=0.5~1.5mm,而坡口角度比碳钢大,为α=70°~80°,其形式见图3。 
  2.4 对口前,实测管道坡口壁厚,如有偏差,则厚薄交叉搭配,对称错开,尽量减少由于壁厚偏置引起的变形。管道沿圆周方向的坡口角度大小应均匀,尽量减小对口间隙,通常对口间隙1~2mm,以减少填充金属。在试件圆周如钟表的1点和11点位置进行点焊,电焊点数多于碳钢对口时的点焊点数,点焊长度不小于10mm,厚度不小于3mm。如同样是DN600的管线,碳钢材质的管线组对时一般电焊4~6点,而不锈钢材质的管线组对时则需要电焊10~12点。详见图4。 
  因不锈钢热膨胀系数较大,焊接时产生较大的焊接应力,要求采用严格的定位焊。对于d≤+89mm的管采用两点定位,d:+89~+219mm采用三点定位,d≥219mm的采用四点定位;定位焊缝长度6~8mm。 
  2.5 正式施焊时,应把管道分成4个1/4圆周,对称施焊;对于d≥219mm的管道,宜对称焊,两名焊工施焊时的焊接速度应基本一致,焊接顺序见(图5)。 
  此外,反变形法也是一种实用的工艺,详见图6。焊接时必须严格按照工艺卡上的焊接电流和焊接速度进行,以确保小的线能量。不锈钢管焊接时,焊缝的层间温度必须严格控制在100℃以内。 
  打底焊时焊缝厚度应尽量薄,与根部熔合良好,收弧时要成缓坡形,如有收弧缩孔,应用磨光机磨掉。必须在坡口内引弧熄弧,熄弧时应填满弧坑,防止弧坑裂纹。 
  2.6 在现场施工中如果发生管道变形超标,需进行矫正,当矫正不能使管道安装尺寸达到质量验收标准要求时,进行割口处理,割口实行相关规定。 
  3 质量检验 
  焊缝质量检验依据施工图纸要求和相关规范标准进行,焊接材料及焊接工艺依据相应的焊接工艺卡进行,管道焊缝根据图纸要求进行;在管件、管道附件、管线设备安装时,应做好安装记录;管道装配件的线尺寸偏差不超过±3mm/m,在装配件的全长上不大于±10mm;角尺寸偏差和中心线偏差不超过±2.5mm/m,但在后面连接的整个直管段上的偏差不大于±10mm。 
  4 结束语 
  总之,通过采取这些措施,较好地保证了022Cr19Ni10不锈钢管的施工质量,加快施工进度,大大缩短施工周期。


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