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加工坡口，該方法現(xiàn)場不易掌握；采取機械切割效率高、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)件焊接變形進行全方位控制，才能制造出更加完美的產(chǎn)品。