桑梓心 于吉俊 魏樂

1. 工程概況及焊接特點

（1）工程概況 40萬t/a輕石腦油異構化裝置是業(yè)主新建的含硫原油加工配套工程的關鍵裝置之一，占地面積(以邊線為界)約4 000m2，項目投資3.8億元，其中鋼結構安裝總量475t，工藝管線12 000m，總焊接當量4.8萬寸。投產(chǎn)后年產(chǎn)油氣42.51萬t，操作彈性為60%～110%；裝置屬于甲類生產(chǎn)裝置，由烴分離部分、反應部分及公用工程三部分組成。原料為輕石腦油和PSA氫，主要工作介質為天然氣、煉廠氣、石腦油、解吸氣、氫氣、硫化氫及蒸汽等，主要產(chǎn)品為異構化油，副產(chǎn)品是釋放氣，工程全貌如圖1所示。

本裝置工藝管道材質主要有：20、20G、L245、UNS N04400及A312 TP304等。

（2）焊接特點 首先，蒙乃爾合金UNS N04400材質在常見裝置建設中很少出現(xiàn)，焊工缺乏對此類材質管道焊接的經(jīng)驗，為了確保蒙乃爾合金UNS N04400材質管線的焊接質量，必須精心策劃和組織，否則很難達到一次焊接合格率98%的目標；其次，其他管道材質比較常見，焊工有焊接此類管道的豐富經(jīng)驗，但是本裝置建設地點地處海邊，施工易受臺風、海風、海霧、下雨及高濕度天氣影響，需要制定相應的有針對性的焊接防護措施，這樣焊接合格率才能得到保證。

因此，項目部把蒙乃爾合金UNS N04400材質管道的焊接定為本項目關鍵焊接技術控制點，把雨天及高濕度天氣的焊接作為質量控制重點。

2. 關鍵焊接工藝及焊接質量控制

（1）關鍵焊接工藝 本裝置的關鍵焊接工藝主要體現(xiàn)在蒙乃爾合金UNS N04400材質管道的焊接上，焊接參數(shù)如表1所示。

蒙乃爾合金UNS N04400材質管道的焊接工藝主要從坡口打磨、焊口組對、焊接、焊后檢查幾方面進行控制。

第一，施焊前需用角向磨光機（φ≤100mm的管件，內表面用軸向磨光機）對坡口表面內外兩側表面20mm范圍內的油、漆、銹、垢及毛刺等對焊接有害雜物清除干凈，坡口不得有裂紋、夾層等缺陷，打磨好后用丙酮清洗坡口及兩側30mm區(qū)域。

第二，管道焊縫組對時，應使內壁平齊，其錯邊量應≤0.5mm。固定口組對應優(yōu)先考慮仰焊部位的質量，主要是內壁錯邊量、間隙大小，錯邊量過大容易造成單邊未熔合，間隙過大容易造成底層凹陷，間隙過小容易造成未焊透，間隙應選擇大于焊絲0.5～1mm為宜。組對時嚴禁強力組對，以免產(chǎn)生附加應力。

圖1 裝置建成后全貌

表1 焊接參數(shù)

第三，焊接時引弧必須在坡口內側進行，氬弧焊打底必須在管道內側進行充氬保護，避免打底焊縫出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，填充和蓋面時，需根據(jù)打底層厚度確定是否需要背充氬進行保護，填充及蓋面收弧時要稍作停留，確?；】语枬M，并且每個收弧處均應該進行打磨，以清除收弧熱裂紋等缺陷，確認無缺陷后再繼續(xù)焊接。

（2）焊接質量控制 焊接質量控制主要從人、機、料、法、環(huán)五個環(huán)節(jié)進行控制。

第一，焊工必須持有特種設備焊接作業(yè)人員操作證，并且通過業(yè)主設置的焊工操作考試，取得上崗資格后方可施焊。焊工只能在合格項目對應的施焊范圍內作業(yè)，不得超越其范圍作業(yè)。

第二，在使用前認真檢查焊機狀態(tài)，避免焊機帶病作業(yè)，達到保證焊接質量的目的。

第三，焊接材料的選用，須嚴格按照焊接工程師技術交底時下發(fā)的焊接工藝指導卡進行選用，不許私自亂用焊材。焊材庫領用焊材時需填寫焊材領用卡，并經(jīng)焊接工程師簽字認可后，焊材烘焙發(fā)放人員方可進行發(fā)放，從焊接材料的發(fā)放源頭杜絕焊材使用錯誤的情況。

第四，管道焊接工藝嚴格按照焊接工程師下發(fā)的焊接工藝卡執(zhí)行，焊接參數(shù)必須依據(jù)焊接工藝卡的參數(shù)范圍進行選取，避免因焊接電流、電弧電壓等參數(shù)選取錯誤造成焊接質量隱患。

第五，焊接環(huán)境出現(xiàn)如下情況時，必須采取防風擋雨措施，否則禁止施焊：風速：氬弧焊＞2m/s，焊條電弧焊＞8m/s；下雨、大風、大霧時；空氣相對濕度＞90%時。

雨天、高濕度天氣的焊接質量控制要求：焊接時使用防風擋雨棚，嚴禁冒雨施焊。使用質量良好的保溫筒，每次取用焊條后立即關閉好保溫筒，避免焊條吸收濕氣，嚴禁焊接時手握焊條。少量發(fā)放焊條，控制領用焊條到進行焊接的時間≤4h，宜控制在2~3h內。

施工準備及施工照片如圖2~7所示。

3. 焊接設備應用情況

由于受施工現(xiàn)場條件限制，無法采用機器人焊接和自動化焊接，我項目部在焊接蒙乃爾合金UNS N04400材質管道以及不銹鋼材質管道時，考慮到該類材質管道容易出現(xiàn)的焊接起弧收弧缺陷，特選用了ZX7—400STG高頻氬弧焊機，如圖8所示。其余材質管道焊接選用ZX7—500S普通焊機，如圖9所示。

現(xiàn)場選用ZX7—400STG焊機主要是綜合考慮了該焊機具有以下幾個特點：體積較小且重量輕，便于現(xiàn)場移動作業(yè)；具有高頻引弧功能；氬弧焊參數(shù)調節(jié)精度較高；具有提前送氣、滯后停氣、時間連續(xù)可調等特點。

而ZX7—500S用于普通材質管道焊接，主要是考慮到該焊機的具備以下幾個特點：控制面板設計優(yōu)良，簡單易懂；數(shù)字顯示，焊接電流可調精度1A；引弧電流可以單獨調節(jié)，具有優(yōu)異的引弧性能；具有多種安全防護功能。

4. 焊接材料應用情況

圖2 現(xiàn)場管道焊接

圖4 支管開孔，管臺打磨

圖3 關鍵焊接部位焊接專家現(xiàn)場進行指導

圖5 焊縫檢測

圖6 現(xiàn)場蒙乃爾合金焊接

圖7 蒙乃爾合金鋼焊縫成形

圖8

圖9

表2 焊材選用

項目部焊材選用情況如表2所示。依據(jù)多個項目的施工經(jīng)驗，我們在蒙乃爾合金UNS N04400選用了日本進口的神戶制鋼所生產(chǎn)的焊絲和焊條。A312 TP304及20、20G、L245則選用了四川大西洋焊接材料股份有限公司生產(chǎn)的焊絲和焊條。

選用的上述焊材具有如下特點：第一，焊縫具有良好的抗裂性和力學性能。第二，容易引弧，焊條燃燒時電弧穩(wěn)定性良好，容易進行焊接操作。第三，焊接熔池保護良好，容易獲得質量良好的焊縫接頭。第四，焊接工藝性良好，可全位置焊接。第五，較好的焊接生產(chǎn)率，飛濺少，渣殼易脫掉。第六，焊條燃燒時產(chǎn)生的有害煙塵相對較少。

5. 結語

（1）通過對關鍵焊接技術的重點關注，最終蒙乃爾合金UNS N04400管道焊縫總數(shù)12道，共進行RT檢測36張，合格36張，焊接一次合格率達到了100%，焊接質量達到了質量目標要求。

（2）A312 TP304及20、20G、L245材質管道焊接通過對人、機、料、法、環(huán)五個環(huán)節(jié)的嚴格控制， 焊縫RT檢測5925張，合格5896張，焊接一次合格率達到99.51%，焊接質量得到了業(yè)主的一致好評。

（3）裝置于2014年2月19日一次投產(chǎn)成功，至今管道運行狀況良好，產(chǎn)品質量合格。