淺談長(zhǎng)輸管道焊接工藝和焊接質(zhì)量的控制

韓杰

（勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257000）

1 長(zhǎng)輸管道手工下向焊工藝的特點(diǎn)

筆者根據(jù)各類管道焊接工藝在工程建設(shè)中的應(yīng)用情況分析認(rèn)為，通常情況下長(zhǎng)輸管道的焊接還是以手工下向焊結(jié)合半自動(dòng)焊工藝為主，如果工程條件良好，則可以考慮采用雙聯(lián)管焊接工藝進(jìn)行建設(shè)施工。如果施工地形局限較多，應(yīng)用自動(dòng)焊工藝或半自動(dòng)焊設(shè)備及工藝難度非常大時(shí)，則手工焊接工藝會(huì)因?yàn)槠浜搞Q設(shè)備小且操作方便靈活而適用。

下向焊工藝是從上世紀(jì)六十年代中期開始發(fā)展起來的一種手工電弧焊焊接工藝方法，它是在管道水平放置固定不動(dòng)的情況下，焊接熱源從頂部中心開始垂直向下焊接，一直到底部中心，目前在油氣長(zhǎng)輸管線施工中被廣泛使用。下向焊焊接工藝采用纖維素下向焊焊條，這種焊條以其獨(dú)特的藥皮配方設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的由下向上施焊方法相比，該工藝的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在焊接速度快，生產(chǎn)效率高、纖維素焊條焊接的焊縫根部成形飽滿、電弧吹力大、穿透均勻、焊道背面成形美觀、抗風(fēng)能力強(qiáng)、焊接材料消耗小和合格率高等幾個(gè)重要方面。

為確保下向焊工藝的質(zhì)量，焊接組對(duì)前應(yīng)將坡口及其內(nèi)外側(cè)表面不小于25mm區(qū)域范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹和毛刺等雜物采用電動(dòng)鋼絲刷清理干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷，并呈現(xiàn)金屬光澤，并對(duì)坡口進(jìn)行修磨，使坡口角度及鈍邊等符合設(shè)計(jì)參數(shù)和焊接工藝要求。打底焊后要派專業(yè)砂輪工進(jìn)行清渣，清根要徹底，每個(gè)接頭點(diǎn)一定要打平。清根時(shí)要將根焊道清成“U”形槽，避免清成“W”形槽。6點(diǎn)鐘收弧時(shí)要將熔池填滿后，再運(yùn)弧到成形的焊縫上進(jìn)行收弧，要采用平甩法熄弧。

2 長(zhǎng)輸管道焊接常見質(zhì)量缺陷及影響因素

長(zhǎng)輸管道焊接常見質(zhì)量缺陷有：

（1）夾渣：夾渣分單個(gè)的與條狀的兩類。有的外形不規(guī)則，也有的呈球狀，他們都是焊縫金屬中殘留的外來固體物質(zhì)。用藥芯焊絲焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生一層溶渣覆蓋于焊縫表面，當(dāng)溶渣在熔融的焊縫金屬中來不及浮出表面而停留在金屬內(nèi)時(shí)，就形成夾渣。這些夾渣削弱了焊縫，并且可能成為一種裂紋源。造成此缺陷的影響因素有：前層的焊道清渣不干凈；不穩(wěn)定的運(yùn)條速度；不適當(dāng)?shù)暮附z角度，使熔渣流到電弧前面；擺動(dòng)幅度太寬；運(yùn)條速度太慢，使熔池處在電弧前面；電流控制得太低等。

（2）氣孔：氣孔一般呈圓形或橢圓形，內(nèi)壁潔凈光滑。氣孔可以在焊縫內(nèi)部，也可以穿透到焊縫表面，或者兩種都有。當(dāng)從凹坑部分釋放出來的氣體，受到半熔融熔渣的抑制，被封閉與熔渣與熔融金屬間，造成熔融金屬的下凹，當(dāng)金屬凝固時(shí)，即成氣溝。造成此缺陷的影響因素有：用于保護(hù)電弧及熔池的保護(hù)氣體流量不夠；保護(hù)氣體混有雜質(zhì)或受潮；焊接電流過大，或電弧電壓過太高；焊絲干伸長(zhǎng)度過長(zhǎng)；母材或焊絲表面有銹、油脂、濕氣或臟物；母材中的雜質(zhì)含量過高等。

（3）裂紋：對(duì)焊接接頭質(zhì)量影響最大的是裂紋，裂紋的產(chǎn)生可以由不適當(dāng)?shù)暮附庸に?、焊工技術(shù)或材料所致。按照裂紋發(fā)生的時(shí)間可劃分為冷裂紋與熱裂紋兩種，這些裂紋可以垂直或平行于焊縫。橫向裂紋垂直于焊縫軸線，是縱向收縮應(yīng)力作用所引起的；縱向裂紋常常發(fā)生于高的接頭拘束及高的冷卻速度條件下。

（4）未熔合和未焊透：未熔合發(fā)生在焊道之間或焊道與母材之間，通常是因?yàn)楸缓覆课晃茨芡耆刍Y(jié)合或液態(tài)金屬流動(dòng)不充分所造成的。造成此缺陷的影響因素有：焊接電流太小或電弧電壓太高；運(yùn)條速度不當(dāng)，過快則易使熔融金屬跟不上，過慢則易使熔融金屬往前淌，減小熔深；焊炬角度不合適，焊絲未對(duì)準(zhǔn)；坡口寬、擺動(dòng)弧度過大，兩側(cè)停留時(shí)間不夠；坡口角度狹小；坡口內(nèi)焊道突起過高等。

（5）咬邊和焊瘤：當(dāng)焊接條件選擇不當(dāng)，或操作手法不合適，就可能造成咬邊或焊瘤。一般講，焊接速度過快，容易產(chǎn)生咬邊。當(dāng)焊接速度過慢，容易產(chǎn)生焊瘤。

3 長(zhǎng)輸管道焊接質(zhì)量的控制策略

我們都知道，決定長(zhǎng)輸管道使用壽命有三個(gè)關(guān)鍵要素分別是：管道材料的防腐質(zhì)量、管道的焊接質(zhì)量以及管道所處地段的外部環(huán)境，其中最為關(guān)鍵的就是管道的焊接質(zhì)量。細(xì)節(jié)決定于成敗，長(zhǎng)輸管道的焊接尤為重要。那么如何能夠在施工當(dāng)中減少焊接質(zhì)量缺陷呢？針對(duì)長(zhǎng)輸管道焊接施工中常見的質(zhì)量缺陷，歸納以下幾個(gè)方面的控制策略，僅供參考。

3.1 夾渣缺陷：仔細(xì)清理前一焊道的熔渣，特別是沿焊道的兩側(cè)；采用均勻的運(yùn)條速度；增加焊炬的傾斜角，避免熔渣流到電弧前面；使用較窄的擺幅；提高運(yùn)條速度，以便使電弧位于熔池的前面；提高電流設(shè)定值。

3.2 氣孔缺陷：增加保護(hù)氣體流量，在無風(fēng)時(shí)，流量為20～25L/Min；采取防風(fēng)措施，防止穿堂風(fēng)。在室外焊接，氣體保護(hù)焊時(shí)當(dāng)風(fēng)速超過2m/s時(shí)，要設(shè)置防風(fēng)措施；增加去除氣體中濕氣的裝置，及保證氣體純度；調(diào)整至合適的焊接電流或電弧電壓，或調(diào)整送絲速度；縮短干身長(zhǎng)度或調(diào)整焊炬角度，清理噴嘴內(nèi)附著的飛濺物，改善氣體保護(hù)；減慢運(yùn)條速度；清理母材或焊絲表面。

3.3 裂紋缺陷：長(zhǎng)輸管道焊接裂紋存在兩種情況，即冷裂紋和熱裂紋，情況不同控制策略就不同。熱裂紋采取預(yù)熱，以降低收縮應(yīng)力；使用清潔的或未被污染的保護(hù)氣體；增加焊道的橫截面；采用雜質(zhì)元素含量很低的母材；使用含Mn量高的焊絲，提高焊絲的Mn/S之比。冷裂紋則要選用合適的焊接線能量，增加焊道的橫截面尺寸；降低間隙寬度；預(yù)熱，必要時(shí)可采用后熱或緩冷措施，以降低冷卻速度；填滿弧坑；選用擴(kuò)散氫含量少的焊絲及按焊條說明書要求烘干焊條；避免強(qiáng)力組對(duì)焊口等。

3.4 未熔合和未焊透缺陷：選擇合適的電流、電壓及焊接速度，以保證有足夠的熔深；焊炬要盡量垂直坡口面，焊絲要對(duì)準(zhǔn)前層焊道的縫邊；不要擺動(dòng)過寬，在兩側(cè)要充分停留；調(diào)整坡口角度，鈍邊大小、根部間隙；用砂輪等工具打磨掉焊道過高凸起部分。

3.5 咬邊和焊瘤缺陷：這方面的問題主要是通過調(diào)整焊接電流和焊接速度，在平角焊時(shí)控制噴嘴角度及焊絲對(duì)準(zhǔn)的位置絕對(duì)精確即可避免問題的出現(xiàn)。

結(jié)語

總而言之，為了能夠更有效地對(duì)長(zhǎng)輸管道焊接工藝和焊接質(zhì)量加以控制，本文主要針對(duì)以上幾方面的問題展開了較為系統(tǒng)和全面的論述，并根據(jù)實(shí)際情況提出了幾點(diǎn)相關(guān)的控制策略，旨在能夠在理論方面與大家進(jìn)行探討。

[1]周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[2]薛振奎，隋永莉.國(guó)內(nèi)外油氣管道焊接施工現(xiàn)狀與展望[A].WTO與管道建設(shè)：2002石油天然氣管道建設(shè)與技術(shù)論壇會(huì)論文集[C]，2002.

[3]李九生，等.石油管線的焊接工藝方案[J].焊接技術(shù)，2001（1）.