浅谈不锈钢管道焊接变形的控制

摘 要：长庆油田第四天然气净化厂是长庆油田分公司建设工程处2012年的重点工程之一，该净化厂内酸气管线大量采用不锈钢管道。作者通过参与第四天然气净化厂的建设，深刻地体验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验，认真分析了不锈钢管道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焊后矫正等措施，较好地控制了焊接变形，保证了不锈钢管道的焊接质量。

关键词：不锈钢；管道；焊接；焊缝；变形控制

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（三甘醇）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，发现不锈钢管道施工过程中，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 不锈钢管道焊接变形原因

不锈钢管道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

不锈钢管道焊接主要工作流程如下：坡口打磨一组对一固定一焊口自检一监理检查一焊口点焊一焊口满焊一外观检查一无损检测。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（图1）

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（图2）。

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。不锈钢管道焊接时，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，割口执行相关规定。

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，较好地保证了不锈钢管线的施工质量，加快施工进度，大大缩短施工周期。

参考文献

[1]张一凡.不锈钢管道焊接变形控制[J].中国建材，2003（3）：31-32.

作者简介：张志富（1971，1-），男，甘肃陇南人，大专，助理工程师，研究方向：油气田地面建设、油田采油。