中国焊接资讯网 焊接技术 冬季低温环境焊接

吴华+谢志锋+杨涛+李继秋+李志刚

[摘 要]20G钢在较低工作环境下，（如：自喷井二氧化碳注驱，高压气井中常用到）如何保证焊接接头质量。采用氩弧焊打底，碱性焊条填充盖面的焊接方法，使焊接接头焊缝质量得以保证。通过实践证明这一方法值得推广。

[关键词]20G 氩弧打底韧性保持脆性断裂

中图分类号：TG457.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0008-01

前言

随着油田发展，二氧化碳驱油技术在油田逐步得到应用。中原油田在采油廠马寨、文明寨，胡状、赵庄、刘庄地区先后使用了二氧化碳驱油设备，它的主流程是，二氧化碳槽车来液卸入储罐储存，生产时储罐内二氧化碳经喂液泵加压计量进入二氧化碳注入泵。由注入泵加压后再经单井管道输送至注入井口地下。由于液态二氧化碳具低温特性（-25℃）在高压（30Mpa）增注情况下如何保证管材的焊接接头的质量，是本文探讨的主要问题。

1、选材

工程上的实际应用环境条件是十分复杂的，不同的介质、介质温度、介质压力等操作条件的组合，构成了无数个选材条件。就常见的选材条件来说，要想在这里逐一给出其选材结论是不现实的，它也正是各个设计院或工程公司一直致力研究的问题。在这里将换一种方式，以材料为主体，应用金属理论、腐蚀理论以及工程理论来确定各种常用材料的使用限制条件。

压力管道选材除了要确定材料牌号外，还要确定材料标准，因为不同的材料标准，对材料质量的要求是不一样的。强度要求管线在工作过程中，需要承受压力和低温，所用材料强度应能满足其使用要求。材料的强度指标是确定管线壁厚的依据，但钢材的各项力学性能具有相互联系和相互约束的机制，因此，选材时不能单纯地考虑强度指标，而且还要考虑材料的塑性、韧性、耐蚀性等指标。材料的强度过低，势必造成焊口厚度增大以及抗脆性能力的降低。在满足强度的条件下，尽量选择塑性和韧性比较好的材料。

根据设计要求焊接母材为20G76*13，其力学性能和化学成分如表1：

通过分析20G钢含碳较低而且材质和塑性较好。焊接时一般不易产生硬化和裂纹缺陷。因此就其焊接性而言其主要矛盾是如何保持接头的韧性。

2、保持韧性的焊接工艺

根据低温压力容器用低合金钢板按GB 150--1998《钢制压力容器》规定，设计温度≤-20℃的容器即属于低温容器范畴；对于这类容器，应选用耐低温的专用钢板，除强度要求外，更要求具有足够的韧性。

实验证明焊接接头的薄弱环节一般都在熔合区和焊缝这两个部位热影响区的韧性有时还可能高于母材的韧性，为了改善其韧性必须合理选择焊接材料和焊接工艺。

根据上述理论，确定了选择焊接材料的两个原则：

2.1 焊接材料的选择应考虑接头的使用温度和韧性要求。尽量使焊缝金属的化学成分和机械性能与母材一致。

2.2 另外实验表明S P O N H 等杂质的存在对焊缝韧性的恶劣影响十分显著。因此所选材料保持焊缝含有最少的有害杂质。

管线在二氧化碳装置中的最低使用温度为-18℃且其温度使用范围和韧性与国产的20Mn相近，我们选择了焊接国产16 Mn钢的H08 Mn2SI A，∮2.0mm 的焊丝和J5O7 ∮3.2mm 的焊条（表2）。

3、焊接方法

3.1首先用氩弧焊打底，单面焊双面成形保证背面成型良好。

3.2采用较小电流短弧快速多层多道的焊接方法。此方法除了能控制线能量不致过大外。还能利用后一道对前一焊到的热作用产生细化晶粒的效果，从而改善焊接接头的韧性。

3.3适当加大坡口角度。这样可减少熔合比，改变及柱晶方向，避免杂质偏析，并可增加焊道数目。提高焊道退火次数，从而改善焊缝韧性。

3.4层间温度的控制。层间温度过高，也势必使接头冷却速度减慢，从而造成晶粒粗大，而降低焊缝和热影响区的韧性，因此在实际操作中，我们把层间温度严格地控制在150度以下，要求焊工在温度降下来后才能进行下一次焊接。

4、接头检验（表3）

5、结论

采用这种氩弧焊打底、手弧焊填充盖面焊接方法操作，在使用过程中（3年内）未发生管线焊缝异常事故，由此证明这种焊接方法是可靠的。