青海油田机械厂 甘肃敦煌 736202
摘要：分离器是油田开发生产过程中最常用的设备之一，是油田地面建设的重要装置,在本体的环缝焊接过程中,产生了大量不均匀分布的横向裂纹。本文分析了该过滤分离器焊缝横向裂纹产生的原因,结合实际情况制定合理的修复方案,并获得了较好的焊接质量。
关键词：分离器 横向裂纹 修复方案 焊缝质量 原因分析 焊接质量
0 前言
随着油气田的发展，油田开发油井产出液的含水量逐渐增多，分离器的应用也逐渐增多。在为气田制造的分离器，其中分离器的筒体壁厚δ=26mm，筒体与封头材料要求供货厂家按Q345R，正火正偏差供货，其材质证明书符合TSG R0004-2009的要求。在本体环缝焊接过程中,未发现裂纹，但48h后在进行超声波检测时，发现部分环缝中间位置断续断续存在不均匀分布的横向裂纹，长度约为20mm，深度大约10-15mm；发现部分横向裂纹修磨后肉眼可见。为了保证产品质量，降低制造成本，我们通过分析此种现象产生的原因，制定合理的返修方案和预防措施，对横向裂纹进行了修复处理。
1 原因分析
1.1 设备原因
焊接后对焊机进行检查，发现电焊机的一个接线端子老化，焊接过程中电流、电
压不稳定，焊接参数变小，造成焊接不稳定及保护效果欠佳，从而使得空气中的水蒸气容易进入,增加焊缝中氢含量；同时焊接参数变小，对焊接更大的影响是造成焊接热输入偏小，从而造成冷却速度加快。
1.2 预热不足
由于是冬季焊接，根据GB150-2011要求，当焊件温度低于0℃时，应在施焊处100mm范围内预热到15℃以上。而实际情况是冬天厂房温度低，预热时间和温度根本没有达到要求，钢板表面的水气未蒸发干，因此焊接时钢板表面吸附的水气就会进入焊缝，从而造成焊缝中含氢量的增加；同时钢板预热不足则直接导致焊缝冷却速度较快，板厚越大，则冷却速度越快。
1.3 焊剂吸附空气中水气返潮
焊剂堆放太久，空置时间达6h，由于天气冷，相对湿度大，焊剂很容易吸附空
气中的水分而返潮，因此焊接时焊剂中的水分很容易进入焊缝氢含量增加，甚至在焊缝表面都发现很多表面气孔；同时焊剂返潮则直接导致焊缝冷却速度加快。
综上所述，焊缝中含氢量将显著增加，并产生大量的扩散氢，而快冷更容易造成，焊缝中的氢来不及逸出而滞留在焊缝中，快的冷却速度还易造成淬硬组织，特别是焊缝表层由于没有后续焊道的回火作用，则更容易形成淬硬组织。较高的扩散氢含量和快的冷速在焊缝表面形成的淬硬组织的存在，在中厚板大的拘束应力的诱发下就产生延迟裂纹，形成了焊缝横向裂纹.
2 缺陷的修复
通过分析原因，可以得出结论：焊工没有严格执行焊接工艺纪律，在设备、预热工艺以及焊材领用等方面均存在问题，从而造成了横向裂纹的产生。采取适当的补充和保证措施，横向裂纹缺陷是完全可以避免的。
2.1 缺陷位置及其扩散情况检查
由于缺陷多，分布范围广，为了保证焊接质量，减少返修次数，必须对焊缝缺陷的分布、位置、深度、扩展情况有明确的了解，因此，首先用超声波探伤仪对内外焊缝进行百分百超声波探伤，确定焊缝缺陷的分布、位置、深度，并对焊缝两侧母材50mm以内范围进行100%扫查，经超声波（同时辅以渗透探伤）检查后，未发现裂纹扩展至母材，然后再对焊缝进行100%射线探伤，确定缺陷的位置，分布等情况。经过对探伤底片及与焊缝对照分析，焊缝表面及内部均存在大量的横向裂纹，并杂乱分布很多气孔、夹渣等缺陷。
经过查证，该焊缝内缝焊接内情况正常，仅是外缝焊接时存在的问题。由于焊缝中缺陷多，且分布广，没有缺陷的地方也不能确保以后不产生缺陷，通过分析设计图样的焊接坡口发现，内缝不厚度超过16mm，外缝厚度则不超过10mm。因此，决定选用碳弧气刨清除所有超标缺陷，为确保返修质量，加快返修进度，在清除超标缺陷后再用碳弧气刨将焊缝外缝刨至与最深缺陷处平齐，同时，在焊缝外缝刨除24h后，还应再做一次射线探伤，以确保是否又重新产生延迟裂纹。经过反复的斟酌，确定缺陷分析基本透彻，可以制定修复方案。
2.2 修复方案
（1） 确认缺陷。 仔细核对底片，对照焊缝探伤底片缺陷标记，找出缺陷。
（2） 气刨。 碳弧气刨刨除缺陷，直至彻底清除，测量最深的刨除深度，再整圈刨除焊缝至与最深处相同厚度，打磨掉渗碳层，修磨刨槽，刨槽两端为圆滑平缓过渡，过渡面与垂线至少大于30°，如图1所示，气刨碳棒角度应在50°左右，尤其是在将要到达裂纹处，角度应尽可能小，如图2所示。
图2 去除横向裂纹的气刨角度示意图
（3） 打磨。 打磨至无黑皮（渗碳层）打磨之后的表面应平滑过渡，不应有尖锐的深坑。打磨好后表面进行磁粉检测（MT）,确认没有残余裂纹。如有裂纹，则继续打磨，直到MT检测没有裂纹为止。24h再整圈进行100%射线探伤，检查是否有延迟裂纹存在，如有，则重复上述步骤，如无，则继续下述步骤。
（4）焊前预热。焊前预热可有效防止或降低冷裂纹倾向。推荐预热温度为110-170℃，预热温度检测位置为焊缝两侧不小于150mm,加热范围为距离焊缝500mm以内。
（5）焊接。 严格按照焊接工艺评定书所规定的焊接参数进行焊接 。为了保证质量，返修焊接在白天进行。利用焊条电弧焊进行返修，Q345R钢材选用焊材型号E5015(焊材牌号J507)，焊材规格为φ3.2、φ4。焊接收弧处必须要打磨至圆滑过渡，留意是否有弧坑裂纹和夹渣。焊接完毕后，进行100%射线探伤。
3小结
3.1如果已经出现严重的缺陷,应在充分分析原因的基础上,合理、科学制定修复方案，从而做到有的放失。
3.2焊工焊接时应严格执行焊接工艺文件要求，并加强焊前清理及焊接过程中的焊道清理。单条焊缝焊接尽量一次完成，减少间断焊，这样可以免除多次预热，节约能源，也容易保证焊接质量。
3.3加强焊接设备管理及焊材的一二级库管理，对焊材的发放、使用以及回收应建立追踪、反馈及限时使用制度。加工使用设备必须保证时刻处于良好状态；焊材烘干制度和焊材领用制度必须严格，如焊条、焊剂应随用随取，一次用量不超过2h，超时后焊材管理人员有权收回。
3.4改进装配工艺，提高装配质量，严禁强力装配，以减少装配应力。整个筒体装配前每节筒体必须校圆，坡口加工严格按照图纸要求、施工工艺和焊缝坡口的基本形式和尺寸，采用机械加工方式进行加工，达到坡口表面两侧无油污、锈渍；采用低氢性焊条。
参考文献：
[1]雷世明 主编 《焊接方法与设备》 北京 机械工人出版社 2002
[2]作者简介：任武化（1976.7）男 ，汉族，陕西兴平人，焊接高级技师，主要从事压力容器焊接工作。
论文作者:任武化,杨为民,王茂齐,杨全萍
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/11
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