20抗硫管线焊接工艺研究.docVIP

20#钢含硫天然气管线焊接工艺 应用研究 大庆油田工程建设有限公司培训中心 2010年12月 20#钢含硫天然气管线焊接工艺应用研究 大庆油田工程建设有限公司培训中心 刘庆忠 张先龙 都宏海 概要：本文从降低成本、缩短进料周期等角度出发，根据前线施工单位具体情况，灵活应用，提出以国产J427焊条替代进口焊条，采用氩电联焊方法进行了20#钢含硫管线的焊接。焊接接头经应力腐蚀试验等检测后完全满足标准要求，其工艺已应用于现场施工，大大降低了生产成本，取得了令人满意的效果。 关键词：J427焊条、焊接、应力腐蚀 0 前言 近年来，随着天然气在国民经济中各个行业的广泛应用，与天然气相关的管道、场站建设也越来越多，但天然气中含有的硫化氢是导致焊接接头应力腐蚀失效的主要原因之一，直接威胁到管道设施的安全运行。以往对于此种含硫管线焊接经常采用进口专用高韧性低氢焊条，成本高、进料周期长。如能采用国产焊条替代进口焊条，将大大降低施工成本及缩短工期，对于大庆油田乃至外部市场含硫天然气管道焊接将具有重要意义。本文即基于此点，对国产焊条在含硫管线的应用展开研究，其结果已得到建设方认可，并应用到工程施工中。 1 工程简介 本研究依托工程为工程建设公司承揽的哈萨克斯坦希望油田第四油气处理厂，该处理厂为中油（国际）阿克纠宾油气股份公司新建的油气处理厂，一期建成原油处理规模400万吨/年，其中配套集输管线42.5公里，地上工艺管道18.9公里，地下管道23.6公里。含硫管线全长13.42公里，共3937道口，材质为20#，规格为Φ219×6mm。根据要求，工艺试验除需正常的力学检测外，还需对管线焊接接头进行硬度（HV10）、抗氢致开裂（HIC）和抗硫化物应力开裂（SSC）试验。 2 焊接工艺研究 2.1 焊接方法及材料 焊接方法为氩电联焊。焊材选择主要考虑适用性和普遍性原则。通过调研发现，针对20#钢，在大庆油田以大西洋焊材使用最为普遍，份额约占到了工程建设公司承揽工程的80%左右，因此本研究实际选用四川大西洋产H08Mn2SiA焊丝和J427焊条进行试验，其中J427与进口E7018-1H4R 两种低氢焊条化学成分见表1，力学性能见表2。 表1 化学成分 元素 材质 化学成分（%） C Si Mn S P Ni Cr Mo V J427 GB5117标准值 0.075 —— 0.57 ≤0.9 0.87 ≤1.25 0.013 ≤0.035 0.021 ≤0.04 0.02 ≤0.3 0.044 ≤0.2 0.001 ≤0.3 0.001 ≤0.08 E7018-1H4R AWS A5.1标准值 0.056 —— 0.43 ≤0.75 0.94 ≤1.6 0.008 —— 0.009 —— 0.05 ≤0.3 0.04 ≤0.2 0.02 ≤0.3 0.013 ≤0.08 表2 力学性能 焊条 屈服强度（MPa） 抗拉强度(MPa) 伸长率 (%) 冲击韧性 （J） 药皮中含水量 J427 标准值 实测值 ≥330 410 ≥420 520 ≥22 27.5 ≥27/-30℃ 162 ≤0.6% 0.15% E7018-1H4R 标准值 实测值 ≥420 490 ≥520 560 ≥22 27 ≥27/-20℃ 160 ≤5ml/100g 4ml/100g 由于焊缝中的Ni对介质中的硫化物比较敏感，在残余应力和工作应力等作用下，易导致应力腐蚀，因此在含硫管线焊接中一般规定焊材中Ni含量≤1%。从表1中可以看出，E7018-1H4R 和J427的Ni含量都满足上述规定，并且J427的Ni含量还要稍低于E7018-1H4R。此外，从表2也可看出，J427虽然属于碳钢类焊条，但是其韧性实测值并不低于E7018-1H4R，且扩散氢含量较低，对于在低合金高强钢中易出现的阴极氢脆（HEC）型应力腐蚀敏感性还是较低的。综合以上两点，为采用国产J427焊条进行抗硫管线焊接提供了理论依据。 2.2 坡口形式 坡口形式可参照GB/T985.1-2008标准或根据经验自行拟定，本试验具体坡口尺寸见图1。坡口组对时采用正式焊缝法点固，点固点位于11点、2、6点方向。 图1 坡口示意图 2.3 焊接工艺 焊接位置为水平固定，钨极为铈钨极伸出长度mm；钨极端；喷嘴直径为mm两种；氩气纯度99.9%；焊条焊前烘干350℃，2h。其它焊接工艺参数见表。 焊接方法 焊道 名称 焊接材料 极 性 焊 接 电 流 (A) 焊 接 电 压 (V) 焊 接 速 度 (cm/ min ) 保护气体种类及流量(L/min) 牌号 规格（mm） 种类 流量(L/min) 1 GTAW 打底 H08Mn2SiA Φ2.5 正接 90