摘要：为了解决集中注水站注水泵出口的不锈钢高压回流球阀因损坏关不严进行更换焊接，容易产生焊接裂纹的问题，对不锈钢与低碳钢焊接技术进行了研究；采用了对不锈钢球阀和低碳钢管材质的化学元素成分进行分析，找到与之匹配的焊接材料和焊接工艺参数的方法进行焊接，保证了不锈钢与低碳钢焊接质量。此方法在2017年5月－2018年9月应用2次，有效地避免了热裂纹产生，消除了焊接隐患，保证了注水的顺利进行；此技术应用在集中注水站焊接更换取到较好效果，可以在采油八厂推广，具有广阔的应用前景。
关键词：注水泵；不锈钢；焊接
永三集中注水站建成于2014年10月，6台注水泵，现负责三个采油队147口注水井，每天1400m3注水任务，原有的普通高压注水阀门用在高压回流上，因材质易腐蚀问题经常开关造成关不严和渗漏现象，经常更换，更换费用较大。不锈钢高压球阀因具有流体阻力小、紧密可靠、调控方便、耐腐蚀寿命长优点，目前已经被普遍应用，但在焊接时主要依靠厂家和施工单位焊接。主要存在以下几方面的问题：一是发现阀门损坏后协调等待时间长，不能及时来处理更换；二是施工单位焊接更换费用高；三是焊接更换后质量得不到保证。为此针对异种材料焊接进行了研究，较好地解决了以上存在的问题。
1不锈钢球阀与低碳钢管的成分分析和焊接难点分析
经集中注水站注水泵出口工艺现场看，损坏的不锈钢球阀在注水泵出口管线下面和地下回流管线焊接连接在一起，不锈钢球阀上下焊接的是两根D42.25mm×δ5mm低碳钢管线，低碳钢管线材质为20，不锈钢球阀型号PN250/32，材质1Cr18Ni9Ti，由于两种材料不同，为保证焊接质量，要对焊接材料和焊接特点进行分析，制定出具体施焊工艺措施。
不锈钢球阀（1Cr18Ni9Ti）与低碳钢管（20）的焊接是异种材质的焊接，它在焊接过程中存在很多特殊问题，比如：焊缝的稀释率、热裂纹等问题。不锈钢球阀（1Cr18Ni9Ti）含有18％左右的Cr和9％左右的Ni，低碳钢管（20）含碳量较低，焊接性好，焊接时如不添加一定数量的Cr、Ni元素，焊接时由这两种钢组成的焊缝金属其化学成分必然降低，形成焊缝稀释。焊缝稀释的后果是形成马氏体组织，使焊缝的性能变差，容易产生冷裂纹。解决焊缝稀释的工艺方法是采用适当高含量铬镍焊接材料和减少焊缝融合比。
两种材质的钢材线膨胀系数差别很大，又因焊缝金属含有较高的合金元素，产生一些低熔点共晶物，焊接过程中会产生较大的焊接应力，产生裂纹倾向严重，特别是弧坑裂纹，因此要选用能使焊缝形成双向组织和抗裂性能优良的焊条。
2不锈钢球阀与低碳钢管焊接工艺技术
2.1焊接材料的选择
在选择焊条时，为能解决焊缝的稀释和热裂纹问题，选用抗裂性能好的E309-16（A302）焊条，这样可得到奥氏体加铁素体双相组织的焊缝。焊缝中存在5％左右体素体时，奥氏体中晶粒成长受到阻碍，晶体的方向就会打乱，从而细化晶粒，防止杂质成分的聚集。焊条在使用前应进行200-250℃烘干，保温时间为1小时左右。
2.2焊接电源的选择
焊接电源尽可能采用直流反接，电流不宜过大，电流不大于100A，这样不但能提高电弧稳定性，还能减少对母材的焊接热输入。
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2.3不锈钢球阀和低碳钢管的装配
在点焊装配前，先把损坏的旧球阀用磨光机切割下来，球阀和管材焊接处100mm范围内的铁锈、氧化物等用磨光机打磨清理干净，露出金属光泽，
因不锈钢球阀两端在出厂时已自带坡口，只需要打磨管材就可以。固定点焊时，固定点焊位置3处，根部对口间隙3mm，定位焊缝厚度不大于2mm，长度为10mm，并将定位焊缝两端打磨出缓坡，定位焊为正式焊缝的一部分，不能有任何缺陷。
2.4不锈钢球阀和低碳钢管的焊接
焊接球阀和碳钢管时，在保证焊缝质量的前提下，采用不大于100A小的焊接电流，即小的焊接热输入，短弧焊，快速运条，采用多层多道焊接。
2.4.1打底层的焊接
打底层焊接采用灭弧焊法，既焊条倾角70-80°，焊条转角30-35°。先在球阀侧坡口内，采用接触法引弧，再将焊条向坡口内压送，形成熔池和打开熔孔后灭弧，反复点焊灭弧，就形成打底焊道。焊接中注意：采用短弧施焊；焊条摆动不宜过大；焊缝背面熔透、熔好、成形均匀为主；打底层焊道要薄；电弧1/3在坡口里侧燃烧，焊接时间要短，熔透就灭弧即可。
2.4.2填充层的焊接
填充层焊条倾角和转角与打底层相同，焊接前将打底层焊缝内焊渣用敲渣锤和钢丝刷清理干净，层间温度控制在150℃以下。焊接时在坡口内引燃电弧，采用直线运条，采用短弧匀速运条焊接。
2.4.3盖面层的焊接
盖面层焊接参数，焊条倾角和转角与前两个焊接层角度一致，焊接方法与填充层相同，盖面焊道分三道，先焊最下面焊道，采用直线运条方法，注意与下坡口边缘熔合良好，然后是中间焊道，最后焊接最上面的焊道。所焊的焊道要符合外观尺寸要求，焊道与焊道之间熔合良好，防止咬边和形成沟槽和焊瘤，焊后保温缓冷。
3结论
（1）除了应用在不锈钢球阀和低碳钢管材的焊接，还可以应用在同种材质的不锈钢焊接。
（2）此焊接方法与原来焊接方法相比，合理分析异种材质化学成分，选用匹配焊接材料、焊接参数，制定合理焊接工序，降低焊接裂纹产生。
（3）焊接时管线内不能有水流出，使用的焊条严格烘干，否则焊缝容易产生气孔。
（4）能及时进行不锈钢球阀更换焊接，减少注水井停注次数和停注时间，提高注水效率，保证原油产量，尤其在冬季，能大大减少冻井情况的发生。
（5）此方法在2017年5月－2018年9月应用2次，有效地避免了热裂纹产生，此技术可以在采油八厂推广，具有广阔的应用前景。
参考文献：
［1］王新洪.韩芳．焊条电弧焊技术问答［M］北京.化学工业出版社2015.7，210-236
［2］刘云龙．《焊工（技师、高级技师）》[M]．机械工业出版社.2015.4，02-31
作者简介：
张志刚，男，1978年6月出生，电焊工，班长，高级技师，主要从事电气焊维修工作。
论文作者:张志刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/16
标签：球阀论文; 焊条论文; 不锈钢论文; 裂纹论文; 低碳钢论文; 材质论文; 钢管论文; 《基层建设》2019年第12期论文;