壓力容器焊接技術(shù)在油田施工中的應(yīng)用

毛海鵬

（大慶油田裝備制造集團(tuán)容器制造分公司容器制造一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

油田企業(yè)的壓力容器設(shè)備用于存儲(chǔ)易燃、易爆危險(xiǎn)品，會(huì)承受較高的壓力。壓力容器的焊接質(zhì)量直接影響其使用性能，如果出現(xiàn)質(zhì)量事故會(huì)對工作人員的生命安全造成威脅，因此必須加強(qiáng)焊接質(zhì)量的控制，提高壓力容器的安裝質(zhì)量。

1 施工單位的資質(zhì)及施工人員的資格

油田壓力容器安裝工程項(xiàng)目施工時(shí)，首先要保證施工單位資質(zhì)符合條件，不同資質(zhì)等級對應(yīng)的壓力容器的壓力范圍不同，建設(shè)單位應(yīng)該發(fā)包給具備相應(yīng)施工資質(zhì)的企業(yè)。對于焊接作業(yè)人員的資格，由于焊接作業(yè)屬于特種作業(yè)，必須要經(jīng)過焊接培訓(xùn)，并取得資格證書后方可以上崗操作，也就是持證上崗制度。而對于關(guān)鍵焊接部位，應(yīng)聘請技能水平較高的焊工，依據(jù)焊接工藝要求進(jìn)行施焊。同時(shí)，在焊接施工現(xiàn)場，還應(yīng)設(shè)有監(jiān)理人員、安全監(jiān)督人員和質(zhì)量檢測人員，對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，保證每道施工工序都達(dá)到設(shè)計(jì)要求

2 施工條件的要求

2.1 焊機(jī)及電源

焊接電源的穩(wěn)定性對焊接質(zhì)量的影響較大，因此，對焊接電弧進(jìn)行有效控制可以保證壓力容器的焊接質(zhì)量。焊機(jī)電源應(yīng)具備很好的空載電壓和焊接性能，還應(yīng)根據(jù)焊接電壓、焊接材料對焊機(jī)進(jìn)行優(yōu)選，根據(jù)焊接要求、具體使用環(huán)境、焊接母材焊接特性等選擇合適的焊機(jī)，

2.2 焊接設(shè)備管理

對于焊條烘干設(shè)備、氬弧焊機(jī)等設(shè)備，每次使用前都應(yīng)該進(jìn)行系統(tǒng)檢查，并定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，故障元件應(yīng)及時(shí)更換，建立焊接設(shè)備管理臺(tái)賬，由專人對焊接設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理，可以有效提高焊接設(shè)備的性能。此外，在焊接設(shè)備的檢查過程中，需要對焊機(jī)的焊接電流和壓力情況進(jìn)行檢查，查看指示儀表是否正常，各方面性能滿足要求后，在焊接設(shè)備上貼檢查合格標(biāo)志。

3 油田壓力容器安裝工程施工采用的焊接工藝和辦法

3.1 焊接作業(yè)前的準(zhǔn)備工作

在實(shí)際施焊前，應(yīng)根據(jù)壓力容器焊接方案的要求，科學(xué)系統(tǒng)的編制壓力容器焊接指導(dǎo)書，制定焊接工藝卡片，還需要對焊接作業(yè)進(jìn)行評估。選用焊接人員時(shí)，必須結(jié)合焊工自身的技能水平以及焊接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選用。實(shí)際焊接作業(yè)前，焊工應(yīng)掌握焊接工藝的相關(guān)要求和注意事項(xiàng)。對選用的焊接材料、鋼材的焊接性能和焊接方案進(jìn)行系統(tǒng)評定，評定之后的焊接工藝方可以用于生產(chǎn)。此項(xiàng)工作主要對焊接單位的施工能力和鋼材焊接特性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查焊接接頭能否達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求，也對焊接指導(dǎo)書的合理性進(jìn)行確認(rèn)。

焊接作業(yè)前，對鋼材的焊接性能進(jìn)行試驗(yàn)，是開展焊接工藝評定的重要內(nèi)容。特別對于新型鋼材，由于還沒有相應(yīng)鋼材焊接性能資料，更應(yīng)注重焊接性能的測試。進(jìn)行歸檔管理的焊接工藝評定報(bào)告中，必須包含焊接評定報(bào)告、焊接工藝指導(dǎo)書、現(xiàn)場焊接參數(shù)，焊接質(zhì)量檢測報(bào)告，外觀檢測記錄等。如果出現(xiàn)達(dá)不到焊接質(zhì)量要求的情況，應(yīng)及時(shí)分析，并查找導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的原因，對焊接參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，組織再次評定，直到滿足要求為止。施焊單位的技術(shù)總工對焊接工藝評定的內(nèi)容進(jìn)行審核批準(zhǔn)后，才能進(jìn)入焊接工藝卡的編制流程。

3.2 壓力容器焊接工藝和方法

3.2.1 氬弧焊及電弧焊

氬弧焊接的方法出現(xiàn)質(zhì)量問題的可性能較小，焊口質(zhì)量可以得到保證，該種焊接技術(shù)可以應(yīng)用到多種焊接場合。電弧焊是應(yīng)用電弧產(chǎn)生的熱能將金屬熔化，實(shí)現(xiàn)焊件的連接。電弧焊對環(huán)境的適應(yīng)性較好，可以在室外或者高工的條件下進(jìn)行焊接作業(yè)，油田壓力容器安裝也多采用該種焊接技術(shù)。

3.2.2 焊接工藝

油田壓力容器安裝工程所采用的焊接主要有打底焊、中層焊接、蓋面、焊接記錄以及外觀質(zhì)量檢查。應(yīng)用氬弧焊接技術(shù)打底時(shí)，應(yīng)采用從下向上的焊接控制順序，利用點(diǎn)焊開始，結(jié)尾部分用角磨機(jī)設(shè)備做出焊接接頭的接口，應(yīng)盡量保證底層焊縫均勻分布，同時(shí)又不能焊接鋼材。對焊接試板進(jìn)行試焊，應(yīng)在采用氬弧焊接打底前完成，主要用于檢測氬氣是否含有焊接雜質(zhì)。為了避免環(huán)境風(fēng)速對焊接質(zhì)量造成的不利影響，可以對焊接操作區(qū)域利用擋板圍護(hù)起來。在底部焊接作業(yè)結(jié)束之后，對焊渣進(jìn)行清理，對焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在焊接缺陷，應(yīng)及時(shí)處理，或者重新焊接。實(shí)際焊接作業(yè)時(shí)，必須保證焊縫和母材部位之間不得存在雜質(zhì)或焊渣，接頭相互間應(yīng)該錯(cuò)開10 cm 的距離，焊縫表面不得進(jìn)行引弧。

對壓力容器進(jìn)行焊接，蓋面的選取應(yīng)依據(jù)已焊接完成的厚度，焊條起、收弧部位不應(yīng)和中層焊縫接頭在同一位置，引弧時(shí)也應(yīng)離開中層焊縫表面。蓋面面層的焊接質(zhì)量應(yīng)焊縫光滑，不可以有缺失，與壓力容器間的過渡順暢，焊縫不得存在雜質(zhì)、氣孔和裂紋等。此外，全部焊接工作完成后，必須對焊縫表面的焊渣和雜質(zhì)處理干凈，之后進(jìn)行覆蓋保護(hù)，防止出現(xiàn)生銹現(xiàn)象。

壓力容器的焊接過程，應(yīng)安排專人進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，對焊接材料、焊接參數(shù)和焊接工藝進(jìn)行監(jiān)督，便于后續(xù)的質(zhì)量檢查以及考核。焊縫施焊完成后，還應(yīng)對焊縫進(jìn)行編號(hào)，加蓋焊工的鋼印號(hào)。

油田壓力容器完成焊接作業(yè)后，需要檢查焊縫外觀質(zhì)量，不得存在缺口、焊瘤和咬邊等焊接缺陷。之后采用無損檢測的方式進(jìn)行質(zhì)量檢查，主要對焊縫表面及內(nèi)部焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，可以對不同焊工的焊接工作按著一定的比例進(jìn)行抽查。

3.2.3 外部環(huán)境對焊接質(zhì)量的影響

焊接作業(yè)環(huán)境對于焊接質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。在對壓力容器進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該保證環(huán)境溫度不會(huì)對焊接產(chǎn)生不利的影響，如果溫度過低，則應(yīng)對焊材進(jìn)行預(yù)熱，或者采用圍護(hù)措施來對環(huán)境溫度進(jìn)行加熱，使溫度達(dá)到適宜的焊接溫度。焊接時(shí)外界環(huán)境的風(fēng)力條件對焊接質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，風(fēng)速過大應(yīng)該采用擋風(fēng)措施。如果在雨、雪天氣進(jìn)行焊接時(shí)，同時(shí)做好防護(hù)。焊接材料的表面濕度如果超過標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)停止焊接。

4 壓力容器焊接新技術(shù)

4.1 窄間隙埋弧焊技術(shù)

針對壁厚較大的壓力容器，尤其是厚度＞100 mm 的壓力容器，應(yīng)用普通的U 形或者V 形坡口焊接方式已難于進(jìn)行有效焊接。有些焊接人員認(rèn)為對于厚避容器，焊接效率是主要控制內(nèi)容，間隙應(yīng)盡量控制的更小。其實(shí)，壁厚較大的壓力容器對焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性要求是最主要的。如果焊接質(zhì)量出現(xiàn)缺陷，間隙過小對于焊縫的修復(fù)處理難度就越大，情況嚴(yán)重的必須進(jìn)行切除，重新加工坡口，焊接效率反而降低。窄間隙埋弧焊技術(shù)除了可以進(jìn)行一般焊接外，還有一些特殊的焊接性能。比如，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的雙側(cè)橫向和高度自跟隨性能。每個(gè)焊道可以坡口側(cè)壁實(shí)現(xiàn)均勻的熔合連接，同時(shí)不用再填加太多的焊接母材。由于母材中的含碳量較高。焊道可以更寬、更薄，應(yīng)用后續(xù)焊道的能量對前層焊道產(chǎn)生的熱應(yīng)力區(qū)進(jìn)行熱處理，改進(jìn)和優(yōu)化過熱粗晶區(qū)的焊接性能，可以實(shí)現(xiàn)很高的熔敷效率，提高焊接作業(yè)效率，同時(shí)，不會(huì)對焊接母材形成過大熱量輸入，對焊接母材熱影響區(qū)的性能造成影響。

4.2 接管自動(dòng)焊接技術(shù)

該焊接技術(shù)分為2 種不同情況：一是容體筒體和接管之間的焊接；二是接管和容器封頭部位的焊接，一般都應(yīng)用接管插入的方式。

4.2.1 容器筒體和接管的自動(dòng)焊接

采用馬鞍狀埋弧焊裝置的運(yùn)行軌跡不能滿足當(dāng)前對焊接性能的要求，不能對厚度大，同時(shí)還存在窄間隙坡口的壓力容器進(jìn)行焊接。近年來，新研發(fā)的接管馬鞍狀埋弧焊裝置，具有很強(qiáng)的自動(dòng)化性能，可以簡便的進(jìn)行控制，有著很好的適應(yīng)能力。該種新型的、自動(dòng)化程度高的馬鞍狀埋弧焊接裝置根據(jù)接管的內(nèi)徑情況作為控制基礎(chǔ)，利用四連桿方法對焊接進(jìn)行夾緊，從而完成自動(dòng)定位中心的操作。而焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡是把壓力容器的筒體以及接管直徑當(dāng)成主要焊接控制參數(shù)，以此建立焊接數(shù)學(xué)模型，在施焊過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。采用先進(jìn)的人機(jī)界面，焊接人員可以對焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多道連續(xù)焊接的要求。形成的焊道可以自動(dòng)進(jìn)行排列。還具備斷點(diǎn)記憶功能，可以進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，這項(xiàng)功能對于焊縫的焊接質(zhì)量控制十分重要。厚度較小而大功率的焊槍可以滿足大壁厚壓力容器的焊接要求，針對窄間隙坡口，可以采取一層兩道的焊接辦法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)埋弧焊接。

4.2.2 壓力容器封頭和接管的自動(dòng)焊接

壓力容器封頭和接管的焊接主要有2 種不同型式，向心接管以及非向心接管的焊接方式。壓力容器的大接管埋弧焊機(jī)內(nèi)部有6 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，牢固可靠的掛于十字操作機(jī)上。在進(jìn)行自動(dòng)焊接前，第一步是對焊接設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)定心，利用焊槍構(gòu)件對接管外壁實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，使焊槍構(gòu)件的中心與接管中心進(jìn)行準(zhǔn)確定位，這種方式比人工定位的精度和效率要高出許多。再利用焊絲端部來對焊接坡口下部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，對焊縫高度改變情況進(jìn)行存儲(chǔ)和記憶，完成對焊縫高度的自動(dòng)追蹤，實(shí)現(xiàn)非向心接管的高質(zhì)量焊接。焊接裝置還配置高精度的橫向追蹤傳感儀，在對壓力容器進(jìn)行自動(dòng)焊接時(shí)，對接管的外壁進(jìn)行追蹤，從而有效保證焊絲和焊接坡口側(cè)避的距離終始保持相同的數(shù)值。

5 結(jié)束語

油田企業(yè)壓力容器安裝工程的焊接質(zhì)量與施工作業(yè)人員的技能水平、焊接設(shè)備的性能、焊接材料的情況、焊接工藝技術(shù)、自然環(huán)境因素有著直接的關(guān)系，應(yīng)該加強(qiáng)對上述影響因素的控制，還應(yīng)該采用新型的、適用于壓力容器焊接要求的焊接設(shè)備，保證焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。