[发明专利]管线焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度/超高强度钢管的焊接工艺，具体地说是用于深水/超深水海洋钻机上的低合金高压管线的整体焊接工艺方案。

背景技术

目前，石油界对海洋油气的投资越来越大，特别是深海与寒冷海域石油的勘探开发的重要性和战略地位越来越受到业界关注。钻井装置是海洋钻井平台的核心装置，对于深水以及超深水海洋钻井平台，由于作业水深与钻井深度的要求，与泥浆/水泥/节流/压井/井控等系统有关的高压管道必须采用超高强钢管才能满足使用要求。

其中，超深水（Ultra-Depth Water，简称UDW）和超深井钻井(Ultra-Depth Drilling，简称UDD)是近十余年来海洋石油钻井不断向深水和深地层钻井而形成、用以界别普通深水和普通钻井井深区别的概念。一般以≥400m-≤1500m为深水，≥1500m（或5,000ft）为超深水(UDW）；一般钻井深度能力≥15,000ft(即4,500m)-≤25,000ft(即7,620m)为深井钻井；≥25,000ft(即≥7,620m)为超深井钻井（UDD)。

该类管线在使用中主要具有以下特点：（1）主要用于高压泥浆和水泥的输送，为钻井系统的主要管线，一旦失效将可能导致钻井作业的停止，造成巨大的经济损失；（2）此类管线设计压力最低的为7500PSI（52MPa），其中过半管道达到15000PSI（103MPa），属于超高压管线范畴，且位置处于平台的中心区域，一旦发生断裂将造成重大灾难；（3）该类平台的设计年限一般至少为25年，投产后将在深海长期服役，对此类管线虽然有非常严格的定期检查制度，但能够进行维护和维修的机会很少。

使用过程中，此类管线必须保证以下基本要求，焊接接头的整体性能也必须满足这些要求：（1）由于承受着超高压力，因此必须保证材料具有满足要求的最低屈服强度与抗拉强度；（2）运行过程中有可能承受周期性动载荷并承受水锤冲击，因此必须保证其优良的断裂力学性能；（3）由于输送介质具有腐蚀性，因此必须具有抗H2S腐蚀的性能；（4）工作于北海海域的平台需要在寒冷环境作业，这部分平台一般设计工作温度至少为-20℃，因此这部分高压管线必须具有优良的低温冲击韧性。

相对于其他的船舶与海洋工程管线的安装焊接，该类管线在安装焊接过程中主要具有以下特点：（1）焊接位置多变，特别是在现场焊接过程中，涉及所有可能发生的焊接位置，这其中包括在各种障碍情况下的焊接；（2）焊接环境多变，有可能需要在-20℃的寒冷冬季环境下进行焊接，有可能需要高空作业；（3）由于所焊接的母材为超高强调质钢，同时壁厚较厚，因此焊缝的断裂倾向较大；（4）该部分管线的焊接与检验要求在所有项目的技术规格书与行业规范中，这包括ASME、API、NORSOK等标准在内的多项国际行业标准的要求，均按照最高等级要求对待，需要进行100%的伽玛射线探伤与磁粉探伤，并以最高质量等级或超出最高质量等级的标准来进行焊缝质量的评定。

综上所述，此类管线在焊接过程中的质量难以保证其稳定性，在使用过程中又必须保证绝对的安全性，所以又必须满足最严格的质量要求。虽然对于超高强度钢的焊接已有大量的成功实践，但是对于需要在各种严酷的施工条件下进行焊接，需要满足如此多的性能要求，并要保证施工质量的稳定性，这就对焊接施工工艺，焊接过程质量控制与评价有非常高的要求，目前此类工程实践成功经验非常缺乏。

发明内容

本发明提出一种管线焊接方法，以解决现有技术焊接过程中的质量难以保证其稳定性的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种管线焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：对焊接接头进行加工与装配，形成正确的接头形式；

步骤2：选用GTAW+SMAW组合的焊接方法进行焊接；

步骤3：对完成的焊接接头进行焊后热处理。

其中，所述管线的材料的化学成分范围为（％）：C：≤0.35，Mn：≤1.05，P：≤0.04，S：≤0.04，Si：≤1.00，Cr：≤2.75，Mo：≤1.50,V≤0.30；机械性能要求为：抗拉强度：≥620MPa，屈服强度：≥415MPa，伸长率：≥17%，断面收缩率：≥35%，硬度(HRC)：≤22，冲击韧性最高要求：-30℃下≥42J。

其中，于步骤1中，所述的坡口形式为：坡口根部间隙为1-4mm，根部钝边为0-1mm，坡口宽度为0.7-1.5倍的管道壁厚。

其中，于步骤2中，首先使用GTAW打底，然后使用GTAW填充至6-8mm厚度，再使用SMAW填充和盖面。