海洋平台 AISI 4130高压管线的焊接工艺

2015-10-19张继军邵丹丹温道能

广东造船 2015年6期

张继军，邵丹丹，温道能，林臻

（1.中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 511462；2.美国船级社广州办事处，广州510000）

1 概述

钻井系统是海洋石油平台的核心部分，其中泥浆、水泥、节流及压井等系统大量使用高压管线，该类管线通常采用AISI 4130材质，设计压力在50～100 Mpa区间。我司建造的R-550D平台设计服务工作温度为-20℃，管线的焊接及检验执行ABS 船级社规范标准，同时满足ASME B31.3、ASME IX、API16C、API16A、NACE MR0175规范要求。

该类管线在平台中的作用相当重要，所在设备在运行过程中由于周期性动载荷和海水及油介质的影响，硫化物会产生应力断裂（SSC）和应力腐蚀裂纹（SCC），为了保证管线的焊接质量，需制定详细的焊接工艺方案，方可在生产中取得预期的效果。

2 AISI 4130管焊接性分析

AISI 4130是ASTM A519 系列中的一种材质，不属于ASME材料范畴，属于高强度中碳钢，热处理状态是淬火和回火。其机械性能见表1。

表1 AISI 4130管力学性能

高强度材料的焊接，避免产生焊接冷裂纹是工艺方案制定的关键。冷裂纹的产生，主要决定于以下三个因素：

（1）焊缝中扩散氢含量；

（2）淬硬组织；

（3）焊接接头的拘束应力。

碳当量（CE）及裂纹敏感指数（Pcm）是衡量材料可焊性的重要指标，当CE、Pcm >0.4%时焊接性差，淬硬倾向性明显，易产生延迟裂纹。

CCT连续冷却转变曲线是反映钢材在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的判据。从AISI 4130管焊接CCT曲线图图1可以看出，当曲线以不同速度进行连续冷却时，焊接接头组织中的珠光体、马氏体、贝氏体会有很大差异，所以在保证焊接接头强度的前提下，适当的增加后热温度及保温时间可以有效的改善焊接接头的组织，减少马氏体的形成，增加贝氏体、珠光体的含量，提高焊接接头的韧性与塑性。

图1 AISI 4130管 CCT曲线图

3 工艺方案的制定

（1）焊接材料的选择

当AISI 4130材料应用在含有H2S介质的管线中时，为了避免应力腐蚀裂纹产生，并满足ABS MODU和NACE规范的相关要求，我们选择了低氢低Ni合金高强钢焊条（焊材Ni元素含量低于1%）。经多次试验验证，确定采用GTAW打底焊+SMAW填充盖面的焊接工艺方法，选择了伊萨OK55氩弧焊丝和好伯特10018D2焊条，其力学性能见表2。