德国引进（冷扩管）拉杆的焊接修复

       引言：
      冷扩管生产线的拉杆是华北油田由德国引进设备的关键部件，其冷扩管生产线生产出的产品用于西气东输等工程。拉杆材质是26NiCrMoV14.5钢，总长度为17.2m，外径270mm，内径50. mm，正常工作拉力为1100吨，而且拉杆端部带有十几吨的模具，受力比较复杂。
拉杆在使用中产生断裂，直接影响生产，并造成很大的损失。油田先后两次请有关单位进行焊接，以及求助德国厂方，都没有成功。我公司科技人员认真分析研究，制定方案，采取非传统方法焊接修复拉杆，避免了许多工艺缺陷，缩短了修复时间，将断裂的拉杆焊接修复成功，为油田减少了损失。
        一、拉杆的焊接性分析
       德国26NiCrMoV14.5钢为调质状态，根据成分分析，其焊接性稍差，且没有相关的焊接工艺；而油田选则的42CrNMo调质钢，经过分析、计算，其碳当量达0.87%，可焊性较差。
       1.焊接难点
(1)拉杆长达17.2米，整体热处理困难，只能采用冷焊的方法。(2)属于异种钢的焊接，都是调质状态，淬火倾向强。(3)正常的工作拉力1100吨（约200MPa），极限拉力可达1700吨（约300MPa）。这就对焊接质量要求相当高，不允许有任何缺陷。(4)拉杆长，要保障其轴心的精度。
        2.焊接方案分析
        修复拉杆的传统焊接工艺是：⑴焊前开坡口，对接点固焊，局部预热；⑵选择焊接材料，对接施焊，控制层间温度；⑶焊后局部热处理，无损探伤。
但对于这种大型拉杆的焊接，传统的焊接工艺方法因焊接生产技术的不足，易带来许多弊病。
(1)焊接前拉杆坡口形式为V型或U型坡口。V型坡口需要的焊缝填充金属多、焊接接头受热面积大、焊缝热影响区增大，而且操作者劳动强度大；U型坡口由于接头部位工作间隙窄，拉杆直径较大，焊接操作困难并难以保证焊接接头质量。焊接前的预热采用火焰局部预热方法，此方法预热不均匀，热的传导受一定的制约不能获得理想的结果。
(2)拉杆为两种不同钢种的对接，属于异种钢的焊接。对于异种钢的焊接，其焊接材料的选择要考虑到兼顾不同钢种的特性，并非一种焊接材料能完成焊接过程的，既选择过渡层方法及选用过渡层焊接材料。焊缝的层间温度控制与有淬硬倾向的材料和过热倾向的材料焊接时的冷却速度有关，层间温度控制不好易造成冷却温度和冷却速度的不均匀而产生裂纹。
(3)拉杆焊接后无法进行整体热处理，只能采用火焰局部热处理。这种不均匀的火焰热处理达不到理想的结果，并会导致焊接接头出现裂纹。
        3.拉杆焊接方案
      为解决上述问题，大胆修正了传统的焊接工艺，选用一种焊接材料既是填充金属又是过渡层，并对拉杆堆焊有过渡层的一端进行整体热处理的方案，使焊接后的拉杆能够实现1100吨工作拉力而不发生断裂的技术要求。
该焊接工艺方法的特点：
(1)26CrNiMoV14.5钢与42CrMo钢属于焊接淬硬钢种，低温状态下难以焊接。为此，采取对42CrMo钢拉杆短节端堆焊过渡层并做整体热处理的方法。
(2)拉杆对接焊时同心度的精确度的控制非常关键。
(3)对于异种钢的焊接采用一种焊接材料焊接拉杆，并用同一种焊接材料作为堆焊过渡层。
(4)改V形坡口为U形坡口，而U形破口的上端宽度大于下端（呈梯形）；
(5)采用焊后热处理的方法，针对不同钢种修订热处理温度，使低温状态下堆焊过渡层而产生的马氏体组织发生转变。
         二、拉杆焊接工艺
         1.焊前准备工作
(1)焊接可行性的检测：分别采用冷焊和热焊的方法焊接试件，观察金属组织，以确定焊接工艺的准确性。
(2)拉杆短节端的准备：
①将拉杆短节端整体预热；
②预热后的拉杆短节端待降温后,按图加工焊接坡口，并对坡口进行超声波和着色探伤。
(3).拉杆主体的准备工作:
①拉杆长节端按图加工焊接坡口,将原缺陷车削掉5mm直至拉杆基体，并对坡口进行超声波和着色探伤，确保无缺陷；
②拉杆短节端则将堆焊层待冷却至常温后加工焊接坡口,进行超声波和着色检测。
③按工艺方案将拉杆长、短端定位和调整拉杆中心，清理焊接坡口表面。
④调试焊接设备参数及焊接工、机具的准备工作。
        2.焊接材料的选择
      综合考虑以上的焊接难点，经过与天津钢管公司焊接专业人员分析研究，决定选用美国MAGNA公司的MAGNA303焊条。该焊条的焊芯是以铬镍合金为主，强度高（120，000psi），抗裂性能及焊条工艺性好；适合用于26NiCrMoV14.5与42CrNMo钢的焊接。
        3.焊接
(1)焊前将拉杆坡口部位预热到50-100℃，预热宽度为坡口两侧各50mm。先在两端面各堆焊6mm厚的过渡层，并对42CrMo在堆焊后进行550℃的回火热处理，以避免在焊接过程中对两母材进行反复的淬硬。特别对于42CrMo,还可以利用M303良好的延展性来避免其有可能存在的缺陷对焊接质量的不良影响。
(2)坡口采用“U”型坡口，焊接过程采用多层、多道焊，制定详细的焊接顺序，在焊接过程中让应力得到释放，使残存应力降到最小。
(3)选用M303焊条直径4.8mm，电流160A堆焊过渡层在42CrMo钢表面。先将42CrMo加热到350℃，然后以中间的孔为圆心，快速焊接两层（≥6.mm），焊后马上炉中加热至550℃（升温速度50℃/小时），保温3小时，炉中缓冷，冷却后加工“U”型坡口备用。                                                                                                                              (4)焊接规范选择的是否合理，将直接影响到焊缝金属的显微组织和性能。用小直径焊条打底焊接，采用小规范，确保焊透无缺陷。拉杆对接选用M303焊条、直径3.2、电流100-120A。利用拉杆中间的孔，用直径50mm的钢棒将两段连接。“U”形坡口底部留32mm间隙以保障焊透。焊接顺序本着先两侧后中间的原则，且焊道的层间温度降至100℃以下时再进行下一道焊接。在焊接过程中，始终控制温度不超过150℃。
(5)拉杆焊后热处理。
        4.焊后检测
        拉杆焊接后对焊接接头进行超声波探伤和着色探伤无任何缺陷。
       三、结论
       拉杆使用至今已有两年多的时间，至今状态良好。拉杆的焊接修复具有一定的社会效益和较大经济效益，为华北油田挽回了巨大的经济损失，同时也为类似项目提供了科学的修复方法并用于指导生产实践。