海洋平台工艺管线焊接新工艺

海洋石油工程股份有限公司（天津 300452）孙有辉 栾陈杰 陈建军 李建永 王志业 李 香

海洋平台管线连接建造均采用焊接的方法，考虑到管径较小，焊接主要采用钨极氩弧焊，该工艺操作性强，焊接质量优良，是当前海洋平台工艺管线的主要焊接方法。

但是，随着海洋平台建造任务的增加，工艺管线的焊接工作量也在逐渐增大，初步统计一座平台的管线总长度可超过4000m，焊口数量为6000～7000个，焊接任务非常大。在这种时间紧任务重的情况下，就需要改变传统的焊接工艺方法，开发一种新型高效的焊接工艺，以适应新形势下的生产要求。

1.TT焊新工艺介绍

TT（TIP TIG缩写）焊是一种半自动的钨极氩弧焊，它是基于一种独特创新的动态送丝和热丝全自动送丝的TIG焊接系统（Dynamic Hot Wire TIG Automation)。该技术完全突破传统TIG焊接技术的局限，于2008年获得荷兰乌斯勒斯国际焊接技术展览会金奖，被评价为“焊接技术的重大技术革新”。TT专利技术实现钨极惰性气体保护焊的全自动送丝功能，焊接速度快，生产效率高，同时由于焊丝对熔池的搅拌功能，不但有效地破坏了金属熔池及熔滴表面张力，改善金属的熔敷性能，而且使熔池中产生和裹挟的气体、杂质容易逃逸，从而保证焊缝具有优良的冶金和力学性能。TT焊机、焊枪如图1、图2所示。

图1 TT焊机

图2 TT焊枪

2.TT焊工艺试验

（1）试验母材 母材选择为海洋平台工艺管线实际所有钢管，材质为ASTM A 106 B，屈服强度300MPa，抗拉强度460MPa，伸长率31%。

（2）试验焊材 焊材选择林肯焊丝JG—50，焊丝直径为1.0mm，盘状，屈服强度为450MPa，抗拉强度为560MPa，伸长率为27%，化学成分如表1所示。

表1 焊材的化学成分（质量分数） （%）

（3）坡口类型 本次试验采用对接接头形式，坡口为60°单面V形坡口，间隙2～4mm，钝边1～2mm，如图3所示。焊接位置采用管子6G全位置（见图4）。

图3 坡口尺寸

图4 焊接位置

（4）焊接参数 焊接预热为30℃，最大层间温度200℃，保护气体纯度为99%的氩气，焊接摆动宽度最大15mm，焊接参数如表2所示。

表2 焊接参数

（5）焊接检测 NDT检测：焊接完成后对管试件进行无损检测。首先进行焊缝外观检测，焊缝成形良好，焊道表面光滑，余高道宽等均符合标准要求；其次24h后对焊缝进行RT、UT及MT检测，焊缝无表面裂纹、内部夹渣气孔等缺陷，质量良好，符合标准要求。

力学性能试验：按照ASME IX—2010标准进行。第一，拉伸试验。拉伸试件均断于母材，抗拉强度达到480MPa，高于母材值，符合标准要求，如图5所示。

第二，弯曲试验。弯曲试件压头直径选用40mm，弯曲180°后，弯曲部位未产生裂纹等缺陷，结果可接受，如图6所示。

第三，硬度试验。硬度试验采用HV10方式测试，打点位置位于距试件上下表面1.5mm位置，横向测试15个点，最终测试最大硬度为206HV，符合标准要求。

图5 拉伸试验

图6 弯曲试验

第四，宏观腐蚀。腐蚀后焊道分层清晰，未发现任何缺陷，质量合格。

（6）试验结果 通过无损及力学性能试验检测，新工艺焊接接头性能符合标准要求，说明此项工艺开发成功，可以用于工程实践。

3.TT焊工艺前景

随着TT焊工艺的应用推广，其焊接母材的适用范围也将逐渐增大，除了碳钢管线外，不锈钢、特种合金钢等可应用TIG焊工艺的金属材料，也可以应用。

在海洋工程领域，除了海洋平台工艺管线焊接需求外，在海底管线铺设，特别是复合管海底管线的铺设上，TT焊也将发挥巨大的优势。复合管是基层为碳钢，复合层为不锈钢的双金属复合管，它集合了碳钢高强度和不锈钢耐蚀性的优点。焊接这种钢管，主要考虑其复合层不锈钢，常规焊接方法为氩弧焊，因此TT焊这种半自动的氩弧焊也必将发挥其优势。

4.结语

TT焊工艺集成了传统TIG与MIG的优点，它有着与MIG焊接一样的熔敷效率，同时得到和TIG焊接一样的焊缝质量。焊接参数要求很低，操作简单，很容易实现自动化作业，若用热丝，生产效率更高。其成形焊缝的冶金性能和力学性能技术指标均十分优异。低的热量输入、低的焊接热变形、低的修复和返工。焊缝表面成形好，不需要进行焊缝表面美观修复，无飞溅、无需打磨。

目前TT焊已经逐渐在海洋平台中开始使用，它的优势特点决定了这种工艺方法最终将在海洋平台工艺管线的焊接中发挥主要作用。