厚壁不锈钢管道焊接变形分析及控制方法

郑学庆

（大庆油田第一采油厂，黑龙江大庆 163514）

0 引言

随着当前油田开开采油气中二氧化硫、硫化氢等含量的不断增加，在进行高压天然气管道输送过程中厚壁不锈钢材质管道取代传统碳钢管道已经成为一种趋势，应用厚壁不锈钢管道也全面提升了天然气输送管道耐腐蚀能力。但是不锈钢材料本身具有较高的熔点，热膨胀系数也较高，其自身的热影响区域非常大，导致在实际焊接施工过程中非常容易出现焊接变形或者是应力集中等现象。

焊接变形是焊接施工过程中非常普遍的一种焊接质量通病，厚壁不锈钢管道在实际进行焊接施工过程中由于其本身导热较慢，而且焊接施工过程中的变形系数较高，熔池填充量非常大，因此很难实现对焊接施工过程中焊接变形的有效控制。

1 焊接变形原因分析

1.1 热膨胀系数高

与普通的低碳钢相比较，奥氏体不锈钢热膨胀系数要高1.5倍左右，在焊接施工过程中不锈钢材质会受到热膨胀系数的严重影响，非常容易出现变形现象。

1.2 热影响区大

在不锈钢材质中銘元素的含量超过了13%，而这种元素实际的熔点能够达到1855。不锈钢管道在实际焊接施工过程中必须要保证焊接电流更大，同时还要让熔池的温度更高。在针对厚壁不锈钢管道进行焊接施工过程中熔池以及填充量都非常大，而且实际施工过程中焊接成数都基本超过3 层，这使得焊接过程中的变形量非常大[1]。

1.3 焊接应力产生

在高温的影响下，会导致焊缝融合区快速融化，在这种情况下，周围温度较低的区域会对整个融合区产生一定的约束作用，从而使得进一步产生应力。完成焊接施工后融合区材料在冷却收缩的过程中与温度常处在不均匀的状态下，加之周边区域的影响，导致其在实际产生的收缩变形呈现出不均匀状态，焊接区域以及周边区域就会进一步产生残余应力。在产生应力之后，不仅会导致焊接过程中产生严重变形，而且也会对焊接母材的局部耐腐蚀以及物理性能产生严重影响。

2 焊接变形控制措施

（1）通过提前进行预热能够有效控制焊接施工过程中热膨胀系数的影响。通过针对热膨胀系数对奥氏体的影响进行分析可以发现，在温度不断提升的情况下，热膨胀系数对其产生的影响也会逐步增加，但是当温度达到一定的临界值之后，热膨胀系数对其影响速度会逐步趋于平缓。充分利用这一特征，可以针对焊接施工前的母材进行提前预热处理，让其温度达到150，这样就可以使焊接母材的热膨胀量得到提前释放，从而将热膨胀系数对焊接变形的影响控制在最低。

（2）机械加工坡口。针对不锈钢管材通常情况下会使用手工等离子切割磨光机来进行坡口加工或切割，但是这种方法在施工作业现场掌握难度较大。充分利用机械切割的方式，不仅能够进一步提升加工速度，而且现场操作也非常方便，能够有效提升加工的标准化程度。在充分保证焊口加工标准程度的前提下，能够对焊接施工形成促进作用，而且也能够保证焊接施工过程中实现热影响区的均匀分布[2]。

（3）合理控制焊接热影响区。在实际针对厚壁不锈钢管道进行施工作业的过程，首先必须要充分利用多点定位对称施焊方法，对直径约80 mm 的不锈钢管道进行焊接的过程中，可以充分利用两点定位方法进行，对直径80～200 mm 的不锈钢管道可以利用三点定位组织方法，直径超过200 mm 的可以利用4 点定位组队方法。在整个焊接施工过程中必须保证采取对称焊接方法，这样才能有效抵消热影响区对焊接变形的影响。其次，还必须要针对层间温度进行严格控制，针对不同焊接层类要合理地应用间断焊接的方法，保证再实施下一步焊接施工之前，必须要将坡口内的温度严格控制在200～600，这样才能将厚壁不锈钢管道焊接施工过程中焊接热影响区对焊接变形的影响控制在最低[3]。

（4）利用热处理有效消除焊接施工后的焊接应力。在对不锈钢进行热处理的过程中通常采取的是退火或者是固溶热处理方法。针对不锈钢进行固溶热处理之后，能够全面提升及耐腐蚀性能。在不锈钢管道焊接施工现场，通常会使用退火热处理方法来消除焊接施工后所产生的残余应力变形，在具体处理过程中，应该将温度严格控制在600左右并保持约10 min，再进行缓慢冷却。

3 结束语

综上所述，厚壁不锈钢管道由于本身的壁厚相对比较大，在具体的焊接施工过程中非常容易产生焊接变形，而且完成焊接施工后变形矫正难度非常大。焊接变形会对厚壁不锈钢管道耐腐蚀性能以及安装误差等都会形成巨大影响，因此在实际的施工作业过程中，可以充分利用提前预热、合理焊接组对、调整焊接顺序等方法来最大限度地消除焊接应力，将焊接变形控制在最小程度。在实际施工过程中，必须要由焊接施工技术人员做好数据统计分析，并制定出合理焊接施工计划，这样才能进一步提升焊接质量。