厚壁不锈钢管道焊接变形分析及控制方法探究

蒋德森

摘要：厚壁不锈钢管道在进行焊接工作时会由于操作误区发生变形，本文从热膨胀系数高、热影响区域大、产生焊接应力三个方面分析了厚壁不锈钢管道焊接变形原因。并且从提前预热、机械加工坡口、合理控制焊接热影响区和处理应力四个方面来分析控制厚壁不锈钢焊接变形的方法，希望能够为相关工作人员提供参考。

关键词：厚壁不锈钢;钢管管道;焊接变形

前言：

在当前的油田开采工作中，油田中的硫化物含量不断增加，会对油气输送管道产生腐蚀效果。所以厚壁不锈钢管道逐渐成为一种较为常见的应用管道，但是不锈钢本身具有熔点较高、热膨胀系数较高的问题，在实际的焊接工作中容易因为不锈钢自身性质而导致管道出现变形情况，需要相关人员进行处理。

1分析厚壁不锈钢管道焊接变形原因

1.1热膨胀系数高

热膨胀系数较高是不锈钢材料本身所具有的一个特征。和普通的低碳钢材料有着區别的是，奥氏体=不锈钢热膨胀系数要高约1.5倍左右。这就导致着厚壁不锈钢材料在进行热焊接的时候天然更容易发生变形的情况，会对人工焊接和使用造成一定程度上的影响。需要工作人员在进行厚壁不锈钢焊接工作时改进焊接技术，控制奥氏体不锈钢的热膨胀程度，使其在焊接过程和焊接结束后的变形程度能够处于可控的范围内，能够符合厚壁不锈钢的使用标准。

1.2热影响区域大

对奥氏体不锈钢之中的所含元素进行分析，能够从分析中判断得出这种不锈钢材料中大量含有铭元素，该元素的含量要超过13%。由于铭元素具有熔点较高的特点，为了能够使厚壁不锈钢被成功熔化和焊接，需要以较大的电流来进行焊接工作，使熔池温度较高。所以在针对厚壁不锈钢材料进行焊接作业时会由于其材料的熔点较高而使热焊接的区域被迫扩大，基本上会使焊接成数超过3层。这就导致在针对厚壁不锈钢材料进行焊接工作时会产生较大的变形量。

1.3产生焊接应力

在高温的影响下，不锈钢材料焊缝熔合区会快速熔化，焊接区附近的低温区会对融合区产生一定约束作用，这种约束作用的存在就会导致不锈钢材料在焊接过程中产生应力。在焊接工作结束之后，由于融合材料在冷却收缩的过程中和周围材料之间存在较大温差，会使焊接区域与周围连接的区域进一步产生残余应力，其共同作用会导致焊接过程中的不锈钢材料发生变形情况。并且这种应力的存在还会从一定程度上影响到焊接母体的局部耐腐蚀性和本身的物理性能。

2控制厚壁不锈钢焊接变形的方法

2.1提前预热

在前文中提到，厚壁不锈钢材料在进行加工的过程中发生变形的很重要一部分原因就是温差所导致的焊接应力，其残余应力不仅会导致不锈钢焊接发生形变，更会影响到焊接母体材料的耐腐蚀性和物理性能。由于不锈钢在加热过程中会受到热膨胀系数的影响，根据研究调查结果可得，不锈钢热膨胀系数会在温度达到一定临界值时趋于平缓，在这一平缓值时进行焊接工作能够较好地降低不锈钢热膨胀的影响。所以在进行焊接操作的时候需要适当对不锈钢材料来进行预热，让不锈钢材料能够在预热中提前适应焊接的高温，以合理的焊接组队来最大程度上地减少焊接中会产生的焊接应力以及焊接结束之后的残余应力，使焊接过程中发生的变形情况能够得到控制。为了起到控制厚壁不锈钢变形情况的效果，工作人员在进行工作时还需要适当根据实际的焊接情况来调整焊接工序，制定出能够最大程度上保留不锈钢原有形状的不锈钢焊接技术，从而进一步地提升厚壁不锈钢焊接技术。

2.2机械加工坡口

由于厚壁不锈钢材料具有一定特殊性，在进行实际的切割操作时往往使用硬度较高的材料来完成切割的工作。目前较为常见的厚壁不锈钢切割道具为手工等离子切割磨光机。这种切割工具能够很好地进行坡口加工和坡口切割。但是由于这种坡口切割加工方法在实际施工现场进行操作时具有较大的难度，不利于提升工作效率。要想能够成果提升机械加工的速度和机械加工效果，需要改变当前坡口加工方式，采用机械切割的办法来完成坡口加工的工作。机械坡口加工工作不仅能够极大程度上地节省加工效率，并且由于机械操作的便捷性，对操作人员的专业素质要求也能够稍微降低，从而进一步降低企业的用工成本。并且由于机械坡口加工方式的标准化程度较高，还能够有利于厚壁不锈钢材料的后续应用。该操作方法能够在保障焊接口加工处于一种较为标准的程度，同时使后续对坡口进行加热和焊接时能够使坡口位置的热影响区分布得较为均匀，极大程度上地降低了焊接失误和焊接变形情况发生的可能性。

2.3合理控制焊接热影响区

在实际操作上，由于焊接热影响区会对厚壁不锈钢管的变形情况产生较大程度上的影响，所以在焊接时需要合理地控制焊接热影响区域，以减少厚壁不锈钢管道变形情况的发生。以直径为80mm的不锈钢管道为例，在进行焊接工作的过程中，可以使用三点定位组织方法来完成定位工作。对于直径大于200mm的不锈钢管道，则可以采用四点定位组织方法。只有这样才能够最有效地降低焊接时热膨胀和热影响，使厚壁不锈钢管的变形程度能够得到控制。在整个焊接的过程中，应该严格按照对称焊接定位组队的方法来进行操作，只有这样才能够最大程度上地降低影响区对焊接变形的影响。除此之外，为了降低由于焊接应力对不锈钢管产生的变形影响，需要以人工的方式来控制焊接区域的温度情况，使焊接区温度能够得到严格的控制。以200-600摄氏度之间比较理想。只有这样的方法才能够从最大程度上地降低热焊接影响，使热焊接区域的变形反应最低，从而延长钢管的使用寿命。

2.4处理应力

根据前文中研究调查结果所得，厚壁不锈钢管的形变很大程度上都是由于焊接时产生的焊接应力，焊接应力会对不锈钢表面和内部造成不可抗力的影响，从而使不锈钢在焊接时产生变形的情况，或者由于应力影响而导致不锈钢材料的耐用性下降。所以如何处理应力也是一种很常用的控制焊接变形的方法。在常见的情况下，主要使用热处理的方法来消除焊接施工之后所产生的焊接应力。热处理的操作办法主要是退火或者固溶热处理两种。一般在焊接施工现场中施工人员主要采取退火热处理的方法来进行施工后残余应力的处理工作。在实际操作上，需要以人为的方法来控制焊接温度，以600摄氏度为宜。施工人员需要将温度控制在600摄氏度并且保持至少十分钟，加热焊接区域以及焊接区域的周围区域，最大程度上地降低温差，防止后续焊接应力产生。当加热之后，应该采取缓慢冷却的方法来让厚壁不锈钢冷却。

结论：

综上所述，由于厚壁不锈钢管的自身原因，实际操作中非常容易产生焊接变形的情况发生。而且由于当焊接变形的情况发生之后，对其完成后续处理操作难度较大，所以需要在焊接的前期以人工的方法来进行处理，降低钢管发生变形的几率。

参考文献：

[1]郑学庆.厚壁不锈钢管道焊接变形分析及控制方法[J].设备管理与维修，2020（07）：106-107

[2]刘卫.厚壁不锈钢管道焊接变形分析及控制方法[J].石油和化工设备，2019，22（04）：109-110