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【摘 要】注水井井口流程焊接时，其高压注水阀门是卡接，卡箍头与流程无缝钢管连接，连接处是焊接连接。在焊接过程中，往往由于焊接工艺及焊接材料选用不当，造成焊缝裂纹。在注水井流程施工中，分析井口及管道的材质及焊接性能，制定焊接工艺，解决焊接中存在的问题。
【关键词】注水井；卡箍头；无缝钢管；焊接裂纹
0.前言
在地面工程施工时，经常遇到注水井卡箍头与流程无缝钢管焊接，焊缝出现裂纹问题。焊口在工程中是极为重要的，不允许返修，否则将直接影响整个工程的质量和施工进度。结合现场实践，对注水井口卡箍头部位焊接性能及焊接工艺进行分析总结：
1.卡箍头及流体管材质及焊接性分析
1.1卡箍头及流体管材质
一般在现场施工中采用无缝钢管为16mn钢，即Q345钢管。而卡箍头采用的钢材为碳钢Q235。
1.2焊接性能分析
Q345B钢及Q235A钢的化学成分如表1所示：
表1 Q345B钢及Q235碳钢化学成分表
由表1可知，这两种钢的化学成分相差不大，所以不属于异种钢焊接。
1.3碳当量的计算
1.3.1 Q235钢的碳当量
根据国际焊接学会推荐的碳当量公式：
CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15
=（0.14～0.22）+（0.3～0.65）/6=0.19～0.328（%）
由于碳当量小于0.4%，Q235钢淬硬倾向不大，焊接性良好。
1.3.2 Q345钢的碳当量
CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15+V/5
=0.20+（1.0～1.6）/6+（0.02～0.15）/5=0.37～0.49（%）
由上式可知，其碳当量大于0.45%，所以Q345钢的焊接性不是特别好，在焊接时需制定严格的工艺措施。
2.焊接中产生的问题
2.1裂纹的形式
该焊缝为环形角焊缝，卡箍头内径为78mm，流体管为?76×18无缝钢管。焊接完后，焊缝靠近钢管一侧易出现裂纹。其形态表现为无分支而且有延迟开裂的特点，所以判断为延迟裂纹。
2.2裂纹的分布
一般位于距熔合线约0.1-0.2mm的近缝区中，裂纹走向与熔合线平行。
从以上现象可看出：因为Q235钢的焊接性良好，所以可以判断问题是出现在Q345无缝钢管的焊接工艺上。
3.焊接裂纹产生的原因
焊缝的工作压力是14Mpa左右，而18mm厚Q345钢管的屈服强度为s≥325Mpa，完全能满足要求。而出现裂纹的原因主要是：
3.1扩散氢引起的裂纹。
氢的主要来源是焊接材料中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水或有机物经焊接电弧的高温作用分解成氢原子而进入焊接熔池。
3.2残余应力引起的裂纹。
由于焊接是局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变循环，因此在焊后便产生了残余应力而引起裂纹。
3.3焊缝在焊后冷却过程中，热影响区容易产生脆化，形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降.结果导致焊后发生裂纹。
4.焊接工艺措施
为了获得无裂纹的焊接接头，特制订如下措施：
4.1焊接材料的选择
由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，选用E5015/?3.2mm（其化学成分见表2）。
表2 E5015焊条化学成分熔敷成分表
焊条使用前进行烘干，并储存在100-150℃恒温箱中。
4.2焊接坡口的选择
焊接坡口选用单边V型坡口，对口间隙2mm；彻底清除坡口表面及坡口两侧20mm内油污、铁锈、水及其它杂物。
4.3焊接方法
4.3.1焊前预热
因卡箍头较厚及钢管冷裂倾向大，所以需要焊前预热。预热温度100-120℃。这样即可有效降低水汽、铁锈的影响，又能降低焊缝冷却速度，使氢更易于从焊缝熔池中向大气扩散。
4.3.2焊后热处理
为了降低焊接残余应力，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：580-650℃，恒温时间为1小时 。焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。
4.4操作工艺
4.4.1焊接电流。
为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。
4.4.2焊接顺序。
焊接时焊条由钢管下部起弧分别由一端顺时针走弧。每层焊道<5mm。盖面时，焊条摆动在卡箍头一侧多停留一会。
4.4.3保持适当的层间温度，层间温度下限不得低于预热温度的下限值，填充盖面时焊条中间过渡要快，以控制焊缝高度。
5.结论
采用合理的焊接材料和焊接工艺，推广使用该方法后，此种类型焊缝未见出现问题，减少了焊口返修焊次数，同时也降低了职工的劳动强度。为油田节约了大量的材料成本，间接带来了可观的经济效益。
【参考文献】
[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.机械工业出版社，2007，10.
[2]焊工工艺学.中国劳动社会保障出版社，2005，6.
【关键词】注水井；卡箍头；无缝钢管；焊接裂纹
0.前言
在地面工程施工时，经常遇到注水井卡箍头与流程无缝钢管焊接，焊缝出现裂纹问题。焊口在工程中是极为重要的，不允许返修，否则将直接影响整个工程的质量和施工进度。结合现场实践，对注水井口卡箍头部位焊接性能及焊接工艺进行分析总结：
1.卡箍头及流体管材质及焊接性分析
1.1卡箍头及流体管材质
一般在现场施工中采用无缝钢管为16mn钢，即Q345钢管。而卡箍头采用的钢材为碳钢Q235。
1.2焊接性能分析
Q345B钢及Q235A钢的化学成分如表1所示：
表1 Q345B钢及Q235碳钢化学成分表
由表1可知，这两种钢的化学成分相差不大，所以不属于异种钢焊接。
1.3碳当量的计算
1.3.1 Q235钢的碳当量
根据国际焊接学会推荐的碳当量公式：
CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15
=（0.14～0.22）+（0.3～0.65）/6=0.19～0.328（%）
由于碳当量小于0.4%，Q235钢淬硬倾向不大，焊接性良好。
1.3.2 Q345钢的碳当量
CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15+V/5
=0.20+（1.0～1.6）/6+（0.02～0.15）/5=0.37～0.49（%）
由上式可知，其碳当量大于0.45%，所以Q345钢的焊接性不是特别好，在焊接时需制定严格的工艺措施。
2.焊接中产生的问题
2.1裂纹的形式
该焊缝为环形角焊缝，卡箍头内径为78mm，流体管为?76×18无缝钢管。焊接完后，焊缝靠近钢管一侧易出现裂纹。其形态表现为无分支而且有延迟开裂的特点，所以判断为延迟裂纹。
2.2裂纹的分布
一般位于距熔合线约0.1-0.2mm的近缝区中，裂纹走向与熔合线平行。
从以上现象可看出：因为Q235钢的焊接性良好，所以可以判断问题是出现在Q345无缝钢管的焊接工艺上。
3.焊接裂纹产生的原因
焊缝的工作压力是14Mpa左右，而18mm厚Q345钢管的屈服强度为s≥325Mpa，完全能满足要求。而出现裂纹的原因主要是：
3.1扩散氢引起的裂纹。
氢的主要来源是焊接材料中的水分和焊接区域中的油污、铁锈、水或有机物经焊接电弧的高温作用分解成氢原子而进入焊接熔池。
3.2残余应力引起的裂纹。
由于焊接是局部加热过程，在焊接过程中产生应力与应变循环，因此在焊后便产生了残余应力而引起裂纹。
3.3焊缝在焊后冷却过程中，热影响区容易产生脆化，形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降.结果导致焊后发生裂纹。
4.焊接工艺措施
为了获得无裂纹的焊接接头，特制订如下措施：
4.1焊接材料的选择
由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，选用E5015/?3.2mm（其化学成分见表2）。
表2 E5015焊条化学成分熔敷成分表
焊条使用前进行烘干，并储存在100-150℃恒温箱中。
4.2焊接坡口的选择
焊接坡口选用单边V型坡口，对口间隙2mm；彻底清除坡口表面及坡口两侧20mm内油污、铁锈、水及其它杂物。
4.3焊接方法
4.3.1焊前预热
因卡箍头较厚及钢管冷裂倾向大，所以需要焊前预热。预热温度100-120℃。这样即可有效降低水汽、铁锈的影响，又能降低焊缝冷却速度，使氢更易于从焊缝熔池中向大气扩散。
4.3.2焊后热处理
为了降低焊接残余应力，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：580-650℃，恒温时间为1小时 。焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。
4.4操作工艺
4.4.1焊接电流。
为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺。
4.4.2焊接顺序。
焊接时焊条由钢管下部起弧分别由一端顺时针走弧。每层焊道<5mm。盖面时，焊条摆动在卡箍头一侧多停留一会。
4.4.3保持适当的层间温度，层间温度下限不得低于预热温度的下限值，填充盖面时焊条中间过渡要快，以控制焊缝高度。
5.结论
采用合理的焊接材料和焊接工艺，推广使用该方法后，此种类型焊缝未见出现问题，减少了焊口返修焊次数，同时也降低了职工的劳动强度。为油田节约了大量的材料成本，间接带来了可观的经济效益。
【参考文献】
[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.机械工业出版社，2007，10.
[2]焊工工艺学.中国劳动社会保障出版社，2005，6.