压力容器焊接技术在油田施工中的应用

毛海鹏

（大庆油田装备制造集团容器制造分公司容器制造一厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

油田企业的压力容器设备用于存储易燃、易爆危险品，会承受较高的压力。压力容器的焊接质量直接影响其使用性能，如果出现质量事故会对工作人员的生命安全造成威胁，因此必须加强焊接质量的控制，提高压力容器的安装质量。

1 施工单位的资质及施工人员的资格

油田压力容器安装工程项目施工时，首先要保证施工单位资质符合条件，不同资质等级对应的压力容器的压力范围不同，建设单位应该发包给具备相应施工资质的企业。对于焊接作业人员的资格，由于焊接作业属于特种作业，必须要经过焊接培训，并取得资格证书后方可以上岗操作，也就是持证上岗制度。而对于关键焊接部位，应聘请技能水平较高的焊工，依据焊接工艺要求进行施焊。同时，在焊接施工现场，还应设有监理人员、安全监督人员和质量检测人员，对焊接质量进行检查，保证每道施工工序都达到设计要求

2 施工条件的要求

2.1 焊机及电源

焊接电源的稳定性对焊接质量的影响较大，因此，对焊接电弧进行有效控制可以保证压力容器的焊接质量。焊机电源应具备很好的空载电压和焊接性能，还应根据焊接电压、焊接材料对焊机进行优选，根据焊接要求、具体使用环境、焊接母材焊接特性等选择合适的焊机，

2.2 焊接设备管理

对于焊条烘干设备、氩弧焊机等设备，每次使用前都应该进行系统检查，并定期进行维护保养，故障元件应及时更换，建立焊接设备管理台账，由专人对焊接设备进行科学管理，可以有效提高焊接设备的性能。此外，在焊接设备的检查过程中，需要对焊机的焊接电流和压力情况进行检查，查看指示仪表是否正常，各方面性能满足要求后，在焊接设备上贴检查合格标志。

3 油田压力容器安装工程施工采用的焊接工艺和办法

3.1 焊接作业前的准备工作

在实际施焊前，应根据压力容器焊接方案的要求，科学系统的编制压力容器焊接指导书，制定焊接工艺卡片，还需要对焊接作业进行评估。选用焊接人员时，必须结合焊工自身的技能水平以及焊接经验进行选用。实际焊接作业前，焊工应掌握焊接工艺的相关要求和注意事项。对选用的焊接材料、钢材的焊接性能和焊接方案进行系统评定，评定之后的焊接工艺方可以用于生产。此项工作主要对焊接单位的施工能力和钢材焊接特性进行检验，检查焊接接头能否达到相应的技术要求，也对焊接指导书的合理性进行确认。

焊接作业前，对钢材的焊接性能进行试验，是开展焊接工艺评定的重要内容。特别对于新型钢材，由于还没有相应钢材焊接性能资料，更应注重焊接性能的测试。进行归档管理的焊接工艺评定报告中，必须包含焊接评定报告、焊接工艺指导书、现场焊接参数，焊接质量检测报告，外观检测记录等。如果出现达不到焊接质量要求的情况，应及时分析，并查找导致焊接质量问题的原因，对焊接参数进行重新设计，组织再次评定，直到满足要求为止。施焊单位的技术总工对焊接工艺评定的内容进行审核批准后，才能进入焊接工艺卡的编制流程。

3.2 压力容器焊接工艺和方法

3.2.1 氩弧焊及电弧焊

氩弧焊接的方法出现质量问题的可性能较小，焊口质量可以得到保证，该种焊接技术可以应用到多种焊接场合。电弧焊是应用电弧产生的热能将金属熔化，实现焊件的连接。电弧焊对环境的适应性较好，可以在室外或者高工的条件下进行焊接作业，油田压力容器安装也多采用该种焊接技术。

3.2.2 焊接工艺

油田压力容器安装工程所采用的焊接主要有打底焊、中层焊接、盖面、焊接记录以及外观质量检查。应用氩弧焊接技术打底时，应采用从下向上的焊接控制顺序，利用点焊开始，结尾部分用角磨机设备做出焊接接头的接口，应尽量保证底层焊缝均匀分布，同时又不能焊接钢材。对焊接试板进行试焊，应在采用氩弧焊接打底前完成，主要用于检测氩气是否含有焊接杂质。为了避免环境风速对焊接质量造成的不利影响，可以对焊接操作区域利用挡板围护起来。在底部焊接作业结束之后，对焊渣进行清理，对焊缝外观质量进行检查，发现存在焊接缺陷，应及时处理，或者重新焊接。实际焊接作业时，必须保证焊缝和母材部位之间不得存在杂质或焊渣，接头相互间应该错开10 cm 的距离，焊缝表面不得进行引弧。

对压力容器进行焊接，盖面的选取应依据已焊接完成的厚度，焊条起、收弧部位不应和中层焊缝接头在同一位置，引弧时也应离开中层焊缝表面。盖面面层的焊接质量应焊缝光滑，不可以有缺失，与压力容器间的过渡顺畅，焊缝不得存在杂质、气孔和裂纹等。此外，全部焊接工作完成后，必须对焊缝表面的焊渣和杂质处理干净，之后进行覆盖保护，防止出现生锈现象。

压力容器的焊接过程，应安排专人进行质量监督，对焊接材料、焊接参数和焊接工艺进行监督，便于后续的质量检查以及考核。焊缝施焊完成后，还应对焊缝进行编号，加盖焊工的钢印号。

油田压力容器完成焊接作业后，需要检查焊缝外观质量，不得存在缺口、焊瘤和咬边等焊接缺陷。之后采用无损检测的方式进行质量检查，主要对焊缝表面及内部焊接质量进行检查，可以对不同焊工的焊接工作按着一定的比例进行抽查。

3.2.3 外部环境对焊接质量的影响

焊接作业环境对于焊接质量也会产生较大的影响。在对压力容器进行焊接时，应该保证环境温度不会对焊接产生不利的影响，如果温度过低，则应对焊材进行预热，或者采用围护措施来对环境温度进行加热，使温度达到适宜的焊接温度。焊接时外界环境的风力条件对焊接质量也会产生很大的影响，风速过大应该采用挡风措施。如果在雨、雪天气进行焊接时，同时做好防护。焊接材料的表面湿度如果超过标准，则应停止焊接。

4 压力容器焊接新技术

4.1 窄间隙埋弧焊技术

针对壁厚较大的压力容器，尤其是厚度＞100 mm 的压力容器，应用普通的U 形或者V 形坡口焊接方式已难于进行有效焊接。有些焊接人员认为对于厚避容器，焊接效率是主要控制内容，间隙应尽量控制的更小。其实，壁厚较大的压力容器对焊接质量的稳定性要求是最主要的。如果焊接质量出现缺陷，间隙过小对于焊缝的修复处理难度就越大，情况严重的必须进行切除，重新加工坡口，焊接效率反而降低。窄间隙埋弧焊技术除了可以进行一般焊接外，还有一些特殊的焊接性能。比如，可以实现稳定可靠的双侧横向和高度自跟随性能。每个焊道可以坡口侧壁实现均匀的熔合连接，同时不用再填加太多的焊接母材。由于母材中的含碳量较高。焊道可以更宽、更薄，应用后续焊道的能量对前层焊道产生的热应力区进行热处理，改进和优化过热粗晶区的焊接性能，可以实现很高的熔敷效率，提高焊接作业效率，同时，不会对焊接母材形成过大热量输入，对焊接母材热影响区的性能造成影响。

4.2 接管自动焊接技术

该焊接技术分为2 种不同情况：一是容体筒体和接管之间的焊接；二是接管和容器封头部位的焊接，一般都应用接管插入的方式。

4.2.1 容器筒体和接管的自动焊接

采用马鞍状埋弧焊装置的运行轨迹不能满足当前对焊接性能的要求，不能对厚度大，同时还存在窄间隙坡口的压力容器进行焊接。近年来，新研发的接管马鞍状埋弧焊装置，具有很强的自动化性能，可以简便的进行控制，有着很好的适应能力。该种新型的、自动化程度高的马鞍状埋弧焊接装置根据接管的内径情况作为控制基础，利用四连杆方法对焊接进行夹紧，从而完成自动定位中心的操作。而焊枪运动轨迹是把压力容器的筒体以及接管直径当成主要焊接控制参数，以此建立焊接数学模型，在施焊过程中实现自动控制。采用先进的人机界面，焊接人员可以对焊接参数进行设置，实现多道连续焊接的要求。形成的焊道可以自动进行排列。还具备断点记忆功能，可以进行自动复位，这项功能对于焊缝的焊接质量控制十分重要。厚度较小而大功率的焊枪可以满足大壁厚压力容器的焊接要求，针对窄间隙坡口，可以采取一层两道的焊接办法实现自动埋弧焊接。

4.2.2 压力容器封头和接管的自动焊接

压力容器封头和接管的焊接主要有2 种不同型式，向心接管以及非向心接管的焊接方式。压力容器的大接管埋弧焊机内部有6 个运动轴，牢固可靠的挂于十字操作机上。在进行自动焊接前，第一步是对焊接设备进行自动定心，利用焊枪构件对接管外壁实现自动定位，使焊枪构件的中心与接管中心进行准确定位，这种方式比人工定位的精度和效率要高出许多。再利用焊丝端部来对焊接坡口下部实现自动定位，对焊缝高度改变情况进行存储和记忆，完成对焊缝高度的自动追踪，实现非向心接管的高质量焊接。焊接装置还配置高精度的横向追踪传感仪，在对压力容器进行自动焊接时，对接管的外壁进行追踪，从而有效保证焊丝和焊接坡口侧避的距离终始保持相同的数值。

5 结束语

油田企业压力容器安装工程的焊接质量与施工作业人员的技能水平、焊接设备的性能、焊接材料的情况、焊接工艺技术、自然环境因素有着直接的关系，应该加强对上述影响因素的控制，还应该采用新型的、适用于压力容器焊接要求的焊接设备，保证焊接质量达到设计要求。