焊接變形是焊接中的質(zhì)量通病，厚壁不銹鋼管道因?qū)�熱慢、熱變形系�?shù)高、熔池填充量大等特性，導(dǎo)致其焊接變形更加難以控制。本文分析了焊接變形產(chǎn)生的原因，采取焊前、焊中、焊后的幾種反變形方法對焊接變形加以控制，保證了厚壁不銹鋼管道的焊接質(zhì)量。

隨著油田油氣層中二氧化碳、硫化氫等酸性介質(zhì)濃度不斷升高，高壓天然氣管道逐漸采用厚壁不銹鋼材質(zhì)（壁厚大于8mm）來替換碳鋼管道，以保證管線的耐腐蝕性能。但由于不銹鋼材質(zhì)具有熔點高、熱膨脹系數(shù)大、熱影響區(qū)大等特性，導(dǎo)致焊接后極易產(chǎn)生焊后變形、應(yīng)力集中等問題[1]。本文通過分析焊接變形、焊后應(yīng)力等問題產(chǎn)生的原因，有針對性地采取反變形控制方法，減小了焊接變形和應(yīng)力的產(chǎn)生，達(dá)到了提高焊接質(zhì)量的目的。

1焊接變形原因分析

熱膨脹系數(shù)高

奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)約為低碳鋼的1.5倍，不銹鋼材質(zhì)受熱膨脹影響更大、更容易產(chǎn)生變形[2]。如圖1所示“低碳鋼、奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)對比表”。

1.2熱影響區(qū)大

不銹鋼中含有13%以上的鉻元素，鉻的熔點達(dá)1855℃，導(dǎo)致不銹鋼管道焊接過程中要求焊接電流更大、熔池溫度更高。厚壁管熔池及填充量更大，焊接層數(shù)多在3層以上，加劇了焊接過程中的變形。如圖2所示焊接熱影響區(qū)示意圖。

1.3焊接應(yīng)力產(chǎn)生

焊縫熔合區(qū)受高溫?zé)嵩吹挠绊懕患眲〖訜岵⑷刍�，而周圍溫度相對較低區(qū)域?qū)θ酆蠀^(qū)產(chǎn)生約束，從而產(chǎn)生應(yīng)力；焊后熔合區(qū)材料冷卻收縮受到周圍區(qū)域不均勻溫度場的影響，產(chǎn)生不均勻的收縮變形，焊接及相鄰區(qū)域形成殘余應(yīng)力。應(yīng)力產(chǎn)生后不僅造成焊接變形，而且降低了母材局部耐腐蝕和物理性能。

2焊接變形控制措施

焊前預(yù)熱降低熱膨脹系數(shù)影響：如圖1所示，隨著溫度的升高熱膨脹系數(shù)也隨之升高，但高于一定溫度后（不銹鋼＞150℃、低碳鋼＞220℃）增長速率相對放緩[4]。利用這一特性，在施焊前進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度150℃，提前釋放大量的母材熱膨脹量，以減小其對焊接變形的影響。

機(jī)械加工坡口：不銹鋼管線切割及坡口加工通常采用手工等離子切割磨光機(jī)加工坡口，該方法現(xiàn)場不易掌握；采取機(jī)械切割效率高、易于操作、坡口加工標(biāo)準(zhǔn)。加工標(biāo)準(zhǔn)的坡口不僅易于焊接，而且焊接時熱影響區(qū)分布均勻，如圖3所示。

合理控制焊接熱影響區(qū)：首先要“多點定位對稱施焊”，管道公稱直徑小于80mm時采用兩點定位組對，80~200mm時三點定位組對，大于200mm時四點定位組對；焊接過程中保證對稱施焊，使熱影響區(qū)對稱分布抵消變形[5]。其次是控制層間溫度，各焊層采取間斷焊接，使坡口內(nèi)溫度在下一步施焊前始終控制在200~600℃之間，以減小焊接熱影響區(qū)的范圍。

焊后熱處理消除焊接應(yīng)力：不銹鋼熱處理方法通常采取退火和固溶熱處理。固溶熱處理的目的是提高耐腐蝕性能；現(xiàn)場通常采用退火熱處理以消除焊后殘余應(yīng)力變形，處理溫度控制在600℃，恒溫10min后緩冷。

3結(jié)論

厚壁不銹鋼管由于其壁厚的原因，在焊接后矯正變形難度非常大，變形量過大將嚴(yán)重影響其使用性能和工藝管道安裝偏差。通過焊接前預(yù)熱，焊接時組對和焊接順序的調(diào)整以及焊后的應(yīng)力消除處理等方法，把焊接變形控制到最小。在實施過程中，還需要技術(shù)人員與操作人員緊密配合及時統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，合理制定施工方案，因地制宜地對構(gòu)件焊接變形進(jìn)行全方位控制，才能制造出更加完美的產(chǎn)品。