井口套管与环形钢板的焊缝裂纹焊补

井口套管与环形钢板的焊缝裂纹焊补

张志昊　　中原油田井下特种作业公司生产保障部加工维修队

【摘　要】本文针对油水井外套管与内套管中间的环形钢板焊缝容易开裂问题进行剖析钻研，并在实际工作中，为解决此问题制定了工作措施，改进了焊接方法，使这一技术难题得以解决。

【关键词】油水井套管；环形钢板；裂纹；焊补

中原油田经过３０多年的开发建设，为我国石油经济发展做出了巨大贡献。随着时间的推移与发展，在生产建设中出现了种种影响油水井生产的因素。其中由于常年使用致使多口油水井井口下的φ３４０ｍｍ外套管与φ１４０ｍｍ内套管之间的环形钢板上的焊缝产生裂纹，使油水井无法正常工作。但由于套管材质与环形钢板属异种钢焊接，套管材质属中碳调质钢，环形钢板为２０号钢；两种钢的材料成分、力学性能存在较大的差异，焊接操作非常困难，生产中我们经过反复研究和试验，总结出运用正确的焊接方法和工艺措施，解决了难以焊补修复的问题。

工作实例：

２００９年９月中旬采油二厂油藏经营管理三区７－８９注水井环型钢板焊缝出现裂纹，喷出强烈的雾状水花，急需进行补焊。针对此次出现的紧急情况，油藏经营管理三区维修班根据套管和环形钢板的焊接性能制定出有效的工作方案。并根据方案逐步进行施工。

具体裂纹位置如图Ａ处所示：

一、焊接性分析

中碳钢的焊接特点：中碳钢由于含碳量高，有较大的淬硬倾向，焊接性比低碳钢差，其主要特点是：

１．热影响区易产生低塑性、高硬度的淬硬组织，含碳量越高淬硬倾向越大，当焊接工件的刚性大或所选择的焊接材料与工艺规范不当时，则易在淬硬区产生冷裂纹。

２．　易产生热裂纹，由于母材含碳量较高，焊接时有一部分母材会融化到焊缝中去，使焊接增碳，加之硫等杂质影响，易在焊缝中引起裂纹，在弧坑处更为敏感。此外，接头的塑性和韧性及疲劳强度不高。

套管与环形钢板化学成分对比表

含量（%）

套管（45#钢）环形钢板（20#钢）

C0.42-0.500.17-0.25Si0.17-0.370.17-0.37Mn0.5-0.80.35-0.65Cr≤0.25≤0.25Ni≤0.30≤0.30Cu

≤0.25

≤0.25

二、焊接材料的选择

１．根据分析确定使用的焊接材料：选用抗冷裂纹和热裂纹能力较强的碱性低氢型焊条Ｅ５０１５，φ４．０ｍｍ、φ３．２ｍｍ。两种规格的碱性中碳钢焊条焊接电源采用直流焊机，电源极性为直流反接，一般采用小电流、快速焊的焊接工艺。

２．根据现场条件只能使用气割对裂纹处开坡口，坡口形式：坡口类型为Ｖ型。

三、焊接的工艺措施

１．焊前准备

（１）首先，用气焊割把裂纹处的油污、污垢、铁锈清理干净，再用气割在焊缝裂纹处上开坡口，坡口的切割长度要比裂纹两端长２０ｍｍ以上，坡口角度视情况而定。一般情况下要开成∠６０°坡口，开好坡口后，要用磨光机把坡口面上的氧化铁打磨干净，焊缝两边２０ｍｍ处也要磨光。

（２）焊接前，用气焊加热环形钢板、套管及其焊缝处，加热宽度２００ｍｍ左右，加热温度在３００～４００℃之间。

２．焊接顺序

采用合理的焊接顺序。第一层焊接首先用φ３．２ｍｍ焊条在开过坡口的环形钢板上堆焊一层焊缝，然后在堆焊过的焊缝上与套管壁接触处进行焊接，以避免焊缝产生裂纹，焊完第一层后要用小锤轻轻锤击焊缝处，避免应力集中，产生裂纹。第二层、第三层用上述方法依次进行焊接，盖面层用φ４．０ｍｍ的焊条焊接，首先清除熔渣、飞溅，调节好焊接电流，作锯齿形运条法，短弧施焊，注意两侧的融化情况，并使铁水圆滑过渡到母材上。

３．焊接工艺参数（见表一）４．技术要求

（１）焊缝均匀一致、焊波美观，表面不得有焊瘤、夹渣、未焊透等缺陷。

（２）焊缝具有足够抗拉强度，焊缝高度要与母材平齐。

焊接层数焊条规格焊接电流焊接速度（mm/min）

第一层φ3.290-110A50-80mm第二层φ3.290-120A60-90mm第三层φ3.290-120A60-90mm第四层（盖面

层）

φ4.0

100-130A

80-100mm

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表一

四、根据以上焊接中遇到的实际问题而采取的措施

１．熟练掌握焊条电弧焊的实际操作技能，彻底克服现场焊接难的问题，提高操作水平，越是难焊的位置越要焊好，严格执行制定好的工艺措施和焊接参数，选用合适的焊接电流、电弧电压、焊接速度。

２．在焊接过程中，尽量采用短弧施焊，严格控制熔池温度，防止再热裂纹的产生；为避免焊接结束后再次出现裂纹，要对环形钢板及焊缝处进行焊后缓冷。

五、结论

通过以上焊接工艺措施，解决了焊接中的实际问题，避免了油水井环形钢板开裂无法正常工作的问题，节约了成本，受到厂领导和区领导的高度赞扬。中原油田的油水井环形钢板焊缝裂纹的补焊成功与否，直接关系到油气生产，运用技术手段迅速恢复投产，将关系到石油企业的生存和发展。　

参考文献：

[1]高忠民主编《实用焊接技术》2003年12月第一版；

[2]《焊接工艺》化学出版社，1997年10月；[3]丁建生主编《金属学与热处理》，机械工业出版社。

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