316Lmod管道焊接技术与质量控制.pdf

5 6 石油工程建设 一 韩 海英，徐立泉，董海洋 中国石油天然气第七建设公司，山东胶州 2 6 6 3 0 0 摘 要 尿素生产产生的液氨 、甲铵溶液等均为腐蚀性介质 ，对不锈钢具有很强的晶间腐蚀性 。塔 里木 大化肥 项 目 8 0万 t ／ a尿素联 合装置 中用 于甲铵 液等强腐蚀介质 的管道材料 为 A S ME ． B 3 6 ． 1 9 M A 3 1 2 T P 3 1 6 L-I- G 5 1 0 3 1 6 L mo d 尿素级不锈钢，该材料抗晶间腐蚀 能力强。文章介绍 了3 1 6 L m o d管 道 的焊 接特 点 、焊 接质 量 控制 的 关键 内容 、焊接 技 术措 施 、焊接 工 艺评 定、 焊接检 验 等 方 面的具 体 做法和相关事项 该工程 中的 3 1 6 L mo d管道焊接后 ， 经 R T检验和液体渗透检验 ，焊接一次合格 率 达 到 1 0 0 ％，铁 素体检 测 全部符合 要 求 ，且 未发 现一 处焊接 热 裂 纹等质 量 问题 ，为今 后 类似 工程施 工 提供 了借 鉴 。 关键 词 尿 素联 合装 置 ；3 1 6 L m o d管道 ；焊接 中图分类号 T E 9 7 3 ． 3 文献标 识码 B 文章 编号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 0 0 5 0 0 5 6 - 0 3 塔 里木大化肥项 目 8 0万 t ／ a尿素联合装 置 由 五环 科 技 股 份 有 限公 司设 计 ，由 中 国石 油 天 然 气 第七建设公 司承建 ，装置 中用 于甲铵 液等强腐蚀 介 质 的管 道 材料 为 A S ME ． B 3 6 ． 1 9 M A 3 1 2 T P 3 1 6 L G 5 1 0 3 1 6 L mo d 尿 素 级 不 锈 钢以 下 简 称 3 1 6 L m o d管 道 ，对 应 的焊 接 材 料 全部 在 国外 配 套 采购 ，其焊接技术和质量控制与常规不锈钢 管道 有很大差异 ，为此予以简要介绍 。 1 材 料 的化 学成 分及性 能 特点 1 ． 1 材料 的化 学成 分 按 设 计 要 求 ，3 1 6 L mo d管 道 及 焊 接 材 料 的化 学 成分 应 限定 在 表 l所列 的数值 内 重 量 百分 比 。奥 氏体形成元素 N i 、C、N、Mn 和铁素 体形成 元素 C r 、Mo 、S i 的平衡 应使得在最终 热处理和焊接后 能获得全奥 氏体组 织 最大铁素 体含量为 0 ． 6 ％ 。 表 1 3 1 6 L mo d管道材料及 焊接材料 的化 学成分， ％ 材料 C Mn f S i S P C r Ni MO N 管道材料 ≤ 0 ．0 3 ≤ 2 ． O 0 『 ≤ 0 ．4 ≤ 0 ． 0 l 5 ≤ O ．0 2 2 4 ．5～2 5 ． 5 2 1 ． O～2 3 ．O 1 ．9～2 ． 3 0 ． 1～0 ． 1 6 焊接材料 ≤ 0 ． 0 4 ≥ 3 ． 0 ≤ 0 ． 5 ≤ O ． 0 2 ≤ 0 ．0 3 ≥ 2 4 ． 0 ≥ 2 1 ．0 1 ． 9～2 ． 7 ≤ 0 ． 2 0 得 了很 好 的效 果 ，经 实 际测 量 ，直 径 1 1 4 m m 管 道 一 次 翻衬 长度 达到 了 5 2 0 m，实 现 了预定 目标 。 7 结论 我们研 究 开发 的 “ 管道 不开 挖长 距离 内衬 玻璃 钢软管修复技术”经过大庆油田采油九厂龙虎泡作 业 区现 场工 业性 试验 证 明 1 内翻衬玻璃钢修复旧管道的工艺技术不但 取得成功 ，而且处于国内领先 、国际先进水平 。 2 衬 里材 料和 软管 结构 在 国 内是 首创 。能够 满足施工要求 。 3 施 工机具 基 本实 现配 套 ，能够 满足 现场 施 工 要求 。 4 该 技术 既节 能 胶粘 剂 室温 自然 固化 又 环保 用空气做翻衬介质无二次污染 。 5 经 实 际 测算 ，直 径 1 0 0 mm 以下 的管道 内 翻衬玻璃钢软管修复成本是新建管道成本 的 5 0 ％ 左 右 作 者 简 介 郭 宏 1 9 7 9 一 ，女 ，河 北 宁 冀 人 ， 工 程 师 ， 2 0 0 1 年毕 业于哈 尔滨工业大学焊接 专业 ，现从 事石油 3 2 程 EP C项 目总 承 包管理 工作 。 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 6 ；修 回 日期 2 0 1 0 0 5 1 1 羊 羊 羊 ★ ★ ★ ★渺★ 第 3 6卷第 5期 韩海英等 3 1 6 L m o d管道焊接技术与质量控制 5 7 1 ． 2 材 料 的机械性 能 3 1 6 L m o d管道 常 温下 抗 拉 强 度 ／5 3 0 MP a ，屈 服 强 度 0 ． 2 ％ ≥ 2 5 5 MP a ；5 0～4 0 0℃ 抗 拉 强度 5 3 0 4 2 0 MP a ．屈服强度 0 ． 2 ％ 为 2 4 0～ 1 4 5 MP a 。 1 ． 3 材 料 的抗腐蚀 特 点 尿素生产产生的液氨 、尿液溶液 、甲铵溶液等 均为腐蚀性介质 ，其中腐蚀性最强的介质是高温高 压下的甲铵溶液 ，对 不锈钢具有很 强的 晶间腐蚀 性 。而 3 1 6 L m o d管道材料 的含碳量 ≤ 0 ． 0 3 0 ％ 低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度 ，因而从 根本 上解决 了晶界上 析 出富 C r 的 C r 2 3 C 6而形 成原 电池腐蚀的问题『 l l 。 2焊 接特 点 1 3 1 6 L mo d管 道热 导率 小 而 线 膨 胀 系数 大 ， 自由状态下焊接时易产生较大的焊接变形。 2 焊接时，为避免晶界贫 C r 现象发生_2 l ，降 低钢材的抗蚀性 ，焊接时通常不用预热，并将层间 温度控制在 6 0℃以下 ，尽可能加快焊接接头 的冷 却速 度 。 3 焊条中的 T i 、N b 、C r 、A 1 等合金元素对 氧有很大 的亲和力 ，为 防止焊接过程 中合金元 素 的烧损 ，应尽量采用短弧焊接 、小 幅度摆 动或直 线 运 条 。 4 3 1 6 L m o d管道 焊缝 中柱状 晶体 的方 向性很 强 ，易形成低熔点共晶体的偏析 。另外 ，由于其线 膨胀系数大 ，使焊缝产生很大的温度应力 ，在拉应 力和低熔点共 晶体的共 同作用下 ，焊缝易产生热裂 纹，特别是弧坑裂纹 。 3焊接质 量 控制 的关 键 内容 在 3 1 6 L mo d管 道 焊 接 时有 两 个 关 键 质 量 控 制 内容 ，即铁素体含量 、焊接热裂纹 。 3 ． 1 铁素体含量的控制 3 1 6 L mo d管道是 全 单 相 的 奥 氏体 组织 。 由 于铁素体在尿素介质中容易产生相的选择性腐蚀 ， 要求 3 1 6 L m o d管道 包 括焊接熔 敷金属 铁 素体 含量不超过 0 ． 6 ％。应 采用经校正 、鉴定的铁素体 仪测定铁素体 的含量。 3 ． 2 焊 接 热裂纹 的控 制 3 1 6 L m o d管道为全奥 氏体不锈 钢 ，在 焊接 时 容易产生热裂纹 ，这种裂纹属于凝 固裂纹 结 晶 裂纹 ，发生在高温状态 ，常温下不再扩展 ，裂纹 均 沿一次结 晶的晶界产生 。热裂纹 产生的原 因是 奥 氏体不锈钢导热系数小膨胀 系数 大 ，延长 了焊 缝金属在高温 区的停 留时间 ，增加 了焊缝在高温 时经受 的拉伸应变 。另 外 ，全奥 氏体焊缝 的晶间 往往存在低熔点 的夹杂 物 ，在凝固结晶后期 以液 态膜的形式存在于奥 氏体 晶粒之间『 3 】 ，在一定的拉 应力下开裂并扩展形成 晶间裂纹 ，能形成低熔点 夹杂物 的元 素有 s i 、B、N i 、S 、P等 。防止全奥 氏体 不锈钢 焊接热 裂纹产 生可 以采 用许 多措 施 ， 本工 程主要 采用提 高焊接熔 池冷 却速度 的方法 ， 如短孤焊 、低线能量 、窄焊道技 术等 ，以加快熔 池冷 却 。 4焊接 技术 措 施 4 ． 1焊接 方 法 本装置 3 1 6 L m o d管道规格 为 2 1 ．3 mmx 3 ．7 3 1 ／ 1 11 1 ～ D 3 2 3 ． 9 mm3 3 ． 3 2 mm，其 中 ，壁厚 ≤ 8 mm时 采 用全 氩 弧 焊 G T A W 焊 接 ；壁 厚 8 m m 时 采 用氩弧焊与手工 电弧焊相结合 G T A W S MA W 的焊接方法 ，氩弧焊打底焊接两层 ，其余各层采用 手工电弧焊 ，只能采用窄的堆焊焊缝。 4 ． 2坡 口加 工 3 1 6 L m o d管道采用无齿锯 、等离子或机械方法 切割，等离子切割在本装置仅用在 D 1 5 0 ～3 0 0 m m 的 3 1 6 L mo d管道 ，且切割时管内加垫板保护 ，预防 氧 化 物 与 管 内 壁 熔 粘 。在 加 工 坡 口时 ，考 虑 到 3 1 6 L m o d管道导热系数小 、线膨胀 系数大等特性 ， 为 了减少焊接变形 ，坡 口角度 相应减小 ，控制在 5 5 。 范围 内 ，采用坡 口机或 机加工 。坡 口表面应 平整 光滑 ，不得有裂纹、毛刺 、分层等缺陷，应将管内 杂物等清除干净 。3 1 6 L m o d管道坡 口型式主要有 2 种 壁厚 5 m m 时 ， 打底焊和第一层填 充焊后进行外 观检验 、铁 素体 含量检验 、渗透检验 ，如无缺 陷 ，应用丙 酮清洗 坡 口表面 ，清洗后进行第 二层 的焊接。第 二层 焊 接后进行渗透检 验 ，如无缺 陷 ，进行 1 0 0 ％ 射 线 探伤 。最 终 焊接 后进 行外 观检 验 、渗 透检 验 和 1 0 0 ％射线检验。 渗透检验采用溶剂去除型着色渗透法 ，并用溶 剂 悬 浮显 示 剂 。工 件 的表 面温 度 在 1 5～5 0℃ ，渗 透 时 间最 少 为 1 5 mi n 。 铁素体的含量使用探头式铁素体测量仪检测 德 国 F E R I T S C O P E铁素体含量测定仪 MP 3 0型 ， 最大铁素体含 量要求低于 0 ． 6 ％。检验前 ，要用丙 酮 清 洗 校 验试 件 、检 验 探 头 及 焊 缝 ，使 其 无 锈 浮 物 、油脂 等杂 质 ，确 保检 验精 度 。检验 过程 中 ，要 常清洗探头 ，确保不受污染 ，保证检测值 的准确 性 。当检测点铁素体含量超标时 ，可用专用砂轮片 进行打磨处理 ，用丙酮清洗打磨处 ，再进行测试 。 仍不合格 ，应核对母材 、焊材铁素体检测报告及焊 材 使 用正确 性 ，并对 组对 施焊 过程进 行分 析 ，制订 纠正措施 ，进行修复 ，确保铁素体含量在要求范围 内。实际检测数据全部≤0 ． 1 ％，检验合格 。 休 氏试验检验为焊接评定试件 的实验室检验 。 休氏试验检验必须按 C WC E C工程设计标准 8 _ A 1 0 S 一 9 5 进行 ，试板 的位置 、尺寸和休 氏试验试样 的尺寸应 符 合 C WC E C工程设计标 准 8 _ A 9 S _ 9 5的规定 。根据 要求将焊接工艺评定试件送实验室 ．由实验室人员经 5个沸腾周期试验 每个周期为4 8 h ，每个周期腐蚀 的平均值均以不超过 3 ． 3 m为合格 ，平均腐蚀值大 于 3 ． 3 L L m的材料应报废 。实际检测 4个周期平均重 量 损失 1 ． 1 b m，比设计标准 低 ，检 验合格 。 6结束语 本 工 程 中 3 1 6 L m o d管 道 严 格 按 照 以上 技 术 措 施 和关键质量控制内容焊接 ．经 R T检验和液体渗 透检验 ，焊接一次合格率达到了 1 0 0 ％，经铁素体 检测 全部符 合要 求 ，且未 发现 一处 焊接 热裂纹 等质 量问题 ，为今后类似工程施工提供了借鉴。 参 考文献 [ 1 1徐越 兰， 庞怀信 ． 焊工简明实N[ MI ． 南 京 江苏科学技 术出版 社 ． 2 0 0 8 ． 【 2 】张其枢 ， 堵耀庭． 不锈钢焊接[ M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]顾 钰熹． 特种工程材料焊接【 M] ． 沈阳 辽宁科学技术出版社 ， 1 9 9 8 ． 罔毅 民． 中国不锈钢腐蚀手册[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 2 ． 作 者简介 韩 海英 1 9 6 5 一 ，男 ，山 东曹县 人 ，工程师 ， 1 9 9 5年 毕 业 于河 北廊 坊 管道 局 职 工 学 院油 气储 运 专 业 ， 2 0 0 8年毕 业于西 南科技 大学工商管理专业 ．主要从 事石油 化 工装置工程 中建筑结 构工程 、压 力容器 、压 力管道等的 安装技术、质量管理 等工作 。 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 1 0