海洋石油工程股份有限公司 （天津 300451） 楊曉飛 劉 斌 劉永貞 任 凱 徐玉強(qiáng) 李維鋒

1.概述

隨著現(xiàn)代海洋工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工藝管線的焊接工作量在逐漸增加，其中小管徑薄壁規(guī)格的工藝管線也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。對(duì)于此類的工藝管線，工程上通常使用手工氬弧焊接，并開V形坡口進(jìn)行施焊，需要對(duì)焊接坡口進(jìn)行機(jī)加工，焊接填充道次一般需要2～3道，效率較低。采用自動(dòng)化程度較高的焊接設(shè)備和更為先進(jìn)的焊接工藝，是提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)質(zhì)量的必由之路。

2.適用范圍

本文介紹了一種針對(duì)小管徑、小壁厚不銹鋼工藝管線的氬弧焊焊接工藝，此工藝能夠熔透壁厚≤2.77mm的試件，自動(dòng)焊接機(jī)頭適合管件的公稱管徑為42～128mm。其施焊特點(diǎn)：采用直邊坡口直接組對(duì)，一道成形，不需要填充焊絲，整個(gè)焊接過程為單層單道焊接。本氬弧焊工藝適用于全自動(dòng)全位置不銹鋼工藝管線的焊接，工藝設(shè)計(jì)安排合理，不需要焊前對(duì)坡口機(jī)加工，不僅減少了焊接工序，降低材料成本和人工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有效提高了焊接質(zhì)量和效率，尤其適合于特殊位置不能旋轉(zhuǎn)的小管徑薄壁管線的預(yù)制焊接。

3.焊接工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)用管材和焊材 我們采用工程生產(chǎn)中常用ASTM A312 TP316L鋼管作為試驗(yàn)?zāi)覆模冈囼?yàn)件規(guī)格為φ168mm×2.77mm，其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 A312 TP 316L化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

選用規(guī)格為φ0.8mm、牌號(hào)為TGS—316L的實(shí)芯焊絲作為本試驗(yàn)的焊接材料，符合AWS A5.9 ER316L，這種焊絲化學(xué)成分如表2所示。

表2 焊材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（2）焊接電源 經(jīng)過調(diào)研，比較國(guó)內(nèi)外焊接電源的穩(wěn)定性及焊接機(jī)頭的優(yōu)質(zhì)性，我們決定選用法國(guó)POLYSOUDE公司生產(chǎn)的PC 600焊接電源和MU IV28焊接機(jī)頭。合理選用焊接電源及選用優(yōu)質(zhì)的焊接機(jī)頭，是得到高質(zhì)量焊接接頭的必要條件。

（3）試件準(zhǔn)備 在全位置焊接中，試件坡口為直邊、無(wú)組對(duì)間隙，焊前需要對(duì)坡口進(jìn)行打磨清理，圖1為本不銹鋼試驗(yàn)件定位焊后的現(xiàn)場(chǎng)照片。組對(duì)后利用MU IV28機(jī)頭進(jìn)行焊接作業(yè)，注意組對(duì)時(shí)不要錯(cuò)邊，以免造成未熔合。

（4）焊接參數(shù) 采用全位置熱絲TIG焊接，焊接參數(shù)如表3所示。

圖1 組對(duì)試件

表3 焊接參數(shù)

（5）焊縫外觀及性能 本試驗(yàn)成形后的焊縫外觀形貌如圖2所示，經(jīng)過對(duì)焊縫外觀進(jìn)行的質(zhì)量檢查，焊縫外形均勻美觀，焊道顏色銀白正常，無(wú)表面氣孔、夾渣、咬邊及裂紋等缺陷。經(jīng)無(wú)損檢測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等焊接缺陷，無(wú)損檢驗(yàn)評(píng)片合格，符合焊接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

焊縫金屬和熱影響區(qū)的橫斷面的宏觀形貌如圖3所示，通過肉眼觀察，焊縫金屬和母材完全焊透、熔合，并無(wú)裂紋，對(duì)照刻度尺，焊縫焊根及余高均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)試結(jié)果滿足要求。

圖2 焊縫外觀形貌

圖3

拉伸試驗(yàn)用于測(cè)定焊縫接頭的極限強(qiáng)度，拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，我們發(fā)現(xiàn)斷裂位置發(fā)生在熔合線，試驗(yàn)樣品的抗拉強(qiáng)度＞500MPa，并帶有頸縮現(xiàn)象，說明焊接接頭處的性能良好。參照ASME IX，只要試樣焊縫的抗拉強(qiáng)度≥母材的最小抗拉強(qiáng)度即視為試驗(yàn)合格，母材ASTM A312 TP316L的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為485MPa，焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度合格。

表4 試樣拉伸性能

側(cè)彎試驗(yàn)用于測(cè)定焊縫接頭的完好性和延性，本試樣壓頭尺寸為12mm，彎曲角度為180°。試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣側(cè)彎性能合格（見表5）。

表5 試樣側(cè)彎性能

焊縫金屬力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，窄間隙熱絲TIG焊焊接工藝得到的焊縫金屬的力學(xué)性能可以滿足海洋工程公司現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)及工程項(xiàng)目的建造要求。

4.結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)全位置TIG焊焊接工藝的介紹及焊縫金屬性能試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出以下結(jié)論：

（1）利用全位置環(huán)縫自動(dòng)TIG焊機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并對(duì)焊縫金屬進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、宏觀檢測(cè)及力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明焊縫表面、內(nèi)部狀況以及其拉伸性能、側(cè)彎性能、硬度都滿足工程使用要求。

（2）小管徑薄壁實(shí)現(xiàn)了單道無(wú)填絲焊接，減少了焊道數(shù)量及焊接周期，提高了生產(chǎn)效率。