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        海洋平臺(tái)工藝管線焊接新工藝

        2014-11-24 08:22:32海洋石油工程股份有限公司天津300452孫有輝欒陳杰陳建軍李建永王志業(yè)
        金屬加工(熱加工) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:焊縫工藝

        海洋石油工程股份有限公司(天津 300452)孫有輝 欒陳杰 陳建軍 李建永 王志業(yè) 李 香

        海洋平臺(tái)管線連接建造均采用焊接的方法,考慮到管徑較小,焊接主要采用鎢極氬弧焊,該工藝操作性強(qiáng),焊接質(zhì)量優(yōu)良,是當(dāng)前海洋平臺(tái)工藝管線的主要焊接方法。

        但是,隨著海洋平臺(tái)建造任務(wù)的增加,工藝管線的焊接工作量也在逐漸增大,初步統(tǒng)計(jì)一座平臺(tái)的管線總長度可超過4000m,焊口數(shù)量為6000~7000個(gè),焊接任務(wù)非常大。在這種時(shí)間緊任務(wù)重的情況下,就需要改變傳統(tǒng)的焊接工藝方法,開發(fā)一種新型高效的焊接工藝,以適應(yīng)新形勢下的生產(chǎn)要求。

        1.TT焊新工藝介紹

        TT(TIP TIG縮寫)焊是一種半自動(dòng)的鎢極氬弧焊,它是基于一種獨(dú)特創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)送絲和熱絲全自動(dòng)送絲的TIG焊接系統(tǒng)(Dynamic Hot Wire TIG Automation)。該技術(shù)完全突破傳統(tǒng)TIG焊接技術(shù)的局限,于2008年獲得荷蘭烏斯勒斯國際焊接技術(shù)展覽會(huì)金獎(jiǎng),被評(píng)價(jià)為“焊接技術(shù)的重大技術(shù)革新”。TT專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎢極惰性氣體保護(hù)焊的全自動(dòng)送絲功能,焊接速度快,生產(chǎn)效率高,同時(shí)由于焊絲對(duì)熔池的攪拌功能,不但有效地破壞了金屬熔池及熔滴表面張力,改善金屬的熔敷性能,而且使熔池中產(chǎn)生和裹挾的氣體、雜質(zhì)容易逃逸,從而保證焊縫具有優(yōu)良的冶金和力學(xué)性能。TT焊機(jī)、焊槍如圖1、圖2所示。

        圖1 TT焊機(jī)

        圖2 TT焊槍

        2.TT焊工藝試驗(yàn)

        (1)試驗(yàn)?zāi)覆?母材選擇為海洋平臺(tái)工藝管線實(shí)際所有鋼管,材質(zhì)為ASTM A 106 B,屈服強(qiáng)度300MPa,抗拉強(qiáng)度460MPa,伸長率31%。

        (2)試驗(yàn)焊材 焊材選擇林肯焊絲JG—50,焊絲直徑為1.0mm,盤狀,屈服強(qiáng)度為450MPa,抗拉強(qiáng)度為560MPa,伸長率為27%,化學(xué)成分如表1所示。

        表1 焊材的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        (3)坡口類型 本次試驗(yàn)采用對(duì)接接頭形式,坡口為60°單面V形坡口,間隙2~4mm,鈍邊1~2mm,如圖3所示。焊接位置采用管子6G全位置(見圖4)。

        圖3 坡口尺寸

        圖4 焊接位置

        (4)焊接參數(shù) 焊接預(yù)熱為30℃,最大層間溫度200℃,保護(hù)氣體純度為99%的氬氣,焊接擺動(dòng)寬度最大15mm,焊接參數(shù)如表2所示。

        表2 焊接參數(shù)

        (5)焊接檢測 NDT檢測:焊接完成后對(duì)管試件進(jìn)行無損檢測。首先進(jìn)行焊縫外觀檢測,焊縫成形良好,焊道表面光滑,余高道寬等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求;其次24h后對(duì)焊縫進(jìn)行RT、UT及MT檢測,焊縫無表面裂紋、內(nèi)部夾渣氣孔等缺陷,質(zhì)量良好,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

        力學(xué)性能試驗(yàn):按照ASME IX—2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。第一,拉伸試驗(yàn)。拉伸試件均斷于母材,抗拉強(qiáng)度達(dá)到480MPa,高于母材值,符合標(biāo)準(zhǔn)要求,如圖5所示。

        第二,彎曲試驗(yàn)。彎曲試件壓頭直徑選用40mm,彎曲180°后,彎曲部位未產(chǎn)生裂紋等缺陷,結(jié)果可接受,如圖6所示。

        第三,硬度試驗(yàn)。硬度試驗(yàn)采用HV10方式測試,打點(diǎn)位置位于距試件上下表面1.5mm位置,橫向測試15個(gè)點(diǎn),最終測試最大硬度為206HV,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

        圖5 拉伸試驗(yàn)

        圖6 彎曲試驗(yàn)

        第四,宏觀腐蝕。腐蝕后焊道分層清晰,未發(fā)現(xiàn)任何缺陷,質(zhì)量合格。

        (6)試驗(yàn)結(jié)果 通過無損及力學(xué)性能試驗(yàn)檢測,新工藝焊接接頭性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求,說明此項(xiàng)工藝開發(fā)成功,可以用于工程實(shí)踐。

        3.TT焊工藝前景

        隨著TT焊工藝的應(yīng)用推廣,其焊接母材的適用范圍也將逐漸增大,除了碳鋼管線外,不銹鋼、特種合金鋼等可應(yīng)用TIG焊工藝的金屬材料,也可以應(yīng)用。

        在海洋工程領(lǐng)域,除了海洋平臺(tái)工藝管線焊接需求外,在海底管線鋪設(shè),特別是復(fù)合管海底管線的鋪設(shè)上,TT焊也將發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。復(fù)合管是基層為碳鋼,復(fù)合層為不銹鋼的雙金屬復(fù)合管,它集合了碳鋼高強(qiáng)度和不銹鋼耐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。焊接這種鋼管,主要考慮其復(fù)合層不銹鋼,常規(guī)焊接方法為氬弧焊,因此TT焊這種半自動(dòng)的氬弧焊也必將發(fā)揮其優(yōu)勢。

        4.結(jié)語

        TT焊工藝集成了傳統(tǒng)TIG與MIG的優(yōu)點(diǎn),它有著與MIG焊接一樣的熔敷效率,同時(shí)得到和TIG焊接一樣的焊縫質(zhì)量。焊接參數(shù)要求很低,操作簡單,很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè),若用熱絲,生產(chǎn)效率更高。其成形焊縫的冶金性能和力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)均十分優(yōu)異。低的熱量輸入、低的焊接熱變形、低的修復(fù)和返工。焊縫表面成形好,不需要進(jìn)行焊縫表面美觀修復(fù),無飛濺、無需打磨。

        目前TT焊已經(jīng)逐漸在海洋平臺(tái)中開始使用,它的優(yōu)勢特點(diǎn)決定了這種工藝方法最終將在海洋平臺(tái)工藝管線的焊接中發(fā)揮主要作用。

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