利用高壓管道自動焊技術(shù)提高高壓管道一次合格率

梁海東

(中石化第四建設(shè)公司，天津 300270）

1 高壓管道焊接工程的施工特點和難點

高壓管道壁厚較厚，使用壓力等級較高，施焊母材多為 20G、A106Gr.B、06Cr18Ni11Ti、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10等材料。在施焊過程中，每道焊口施焊一次合格率較難保證，勞動強度大，需要的作業(yè)時間較長，其高壓管道自動焊需從細(xì)微抓起。

以中石化四建公司在中石化長煉分公司170萬t/年渣油加氫處理裝置的管道施工為例，裝置中涉及的材料主要包括幾個類別：碳素鋼——20#、20G、A106 Gr.B；奧氏體不銹鋼——06Cr18Ni11Ti、06Cr19-Ni10、022Cr19-Ni10 等。

工藝管線規(guī)格參數(shù)信息如表1、表2所示。

2 焊接和熱處理工藝

從近年來施工現(xiàn)場焊接過程管理中易出現(xiàn)紕漏的地方入手，制定出現(xiàn)場可操作的施焊工藝，應(yīng)用到自動焊技術(shù)的施焊過程。

（1）在施工前期認(rèn)真核對設(shè)計要求及圖紙信息，編制詳細(xì)可行的焊接作業(yè)指導(dǎo)書。在施工中采用氬弧焊打底與CO2半自動焊填充蓋面或氬弧焊打底與埋弧焊填充蓋面相結(jié)合的焊接方法。

表1工藝管線規(guī)格——Ⅰ類鋼

表2工藝管線規(guī)格——Ⅱ類鋼

（2）項目焊接責(zé)任工程師根據(jù)施工設(shè)計文件和施工規(guī)范要求，從焊材管理入手到焊縫施焊及熱處理工藝，編制了針對施工現(xiàn)場焊接及熱處理工藝管理辦法。

a.統(tǒng)一使用焊材發(fā)放票，如圖1所示。

焊材發(fā)放票發(fā)放使用說明：焊材發(fā)放票一式兩聯(lián)，第一聯(lián)與第二聯(lián)之間鋪放復(fù)寫紙，由施工單位焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人填寫。施工單位焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人填寫時應(yīng)嚴(yán)格按照填寫說明填寫焊材發(fā)放票，字跡清晰工整。第一聯(lián)填寫完畢后，由焊工本人憑此票據(jù)至焊材庫領(lǐng)取焊材，第二聯(lián)留施工單位內(nèi)部核對焊材使用量及核對焊材成本等工作使用。

b.焊接材料管理規(guī)定。

圖2 熱處理作業(yè)指導(dǎo)書及熱處理作業(yè)示意

圖1 焊材發(fā)放票示意

從焊材申購、焊材審批、焊材采購、焊材到貨、焊材發(fā)放、二級焊材庫管理發(fā)放要求層層把關(guān)。加強焊材的管理，焊材執(zhí)行三不發(fā)制度，即焊條桶不合格不發(fā)、沒有焊材領(lǐng)用卡不發(fā)、焊條頭回收數(shù)量不夠不發(fā)。

c.熱處理作業(yè)指導(dǎo)書及熱處理作業(yè)示意如圖圖2所示。

d.熱處理技術(shù)質(zhì)量管理規(guī)定。

熱處理人員進(jìn)廠前，人員資質(zhì)報項目審核后，報大項技術(shù)部熱處理責(zé)任工程師處進(jìn)行備案，方可入場。熱處理操作人員應(yīng)熟悉專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、工藝、設(shè)備和測量儀表，嚴(yán)格按熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行操作，隨時觀察和調(diào)整操作過程。在實施熱處理操作過程中，應(yīng)隨時觀測自動記錄曲線所顯示的各項熱處理數(shù)據(jù)的變化趨勢，及時調(diào)整，以保證符合規(guī)定要求。統(tǒng)一使用熱處理專用章，如圖3所示。

圖3 熱處理專用章示意

e.焊工管理。

入場焊接作業(yè)人員必須持有《TSG Z6002-2010特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》有效證件，在入場前經(jīng)安全教育合格后，入場進(jìn)行上崗考試。待考試合格后方可上崗施焊。在焊工管理方面，堅持無證焊接和錯用焊材零容忍制度。

（3）采用先進(jìn)的自動焊技術(shù)。

在管道預(yù)制過程中廣泛采用自動焊技術(shù)，通過不斷改進(jìn)自動焊焊接工藝，有效保證焊接質(zhì)量，提高勞動效率。自動焊施工步驟如圖4、圖5所示。

圖4 自動焊施工步驟

圖5 自動焊接

①坡口加工方法。

a.SHA級管道必須采用機加工方法，在預(yù)制場設(shè)置車床進(jìn)行坡口加工，安裝管段經(jīng)現(xiàn)場實測后在預(yù)制場中完成下料和坡口加工。

b.SHB、SHC及SHD級管道的管子，在下料過程中也采用車床加工坡口。當(dāng)現(xiàn)場安裝過程中采用氧-乙炔焰或等離子切割時，切割后必須去除影響焊接質(zhì)量的表面層，如圖6所示。

圖6 車床加工坡口

②坡口形式。

坡口形式的選擇以確保根部焊透為原則，在此基礎(chǔ)上考慮盡量減少焊縫尺寸和焊縫的熔敷金屬量。一般情況下，厚度小于25 mm時，采用V型坡口；大于25 mm時，加工成V+U型或U型坡口，如圖7所示。

圖7 坡口加工

③焊前清理。

組對前用角向磨光機、棒式砂輪機等將坡口及內(nèi)外兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)的母材表面清理干凈，直到露出金屬光澤，不銹鋼坡口打磨清理采用白剛玉砂輪片，不得與碳鋼材質(zhì)用的砂輪片混用，預(yù)制及擺放區(qū)域與碳鋼及其他合金鋼分開。

④坡口檢查。

現(xiàn)場安裝焊縫采用火焰加工的坡口修磨完畢后，應(yīng)對坡口表面進(jìn)行檢查，確保坡口表面不存在裂紋、分層、表面脆硬層等缺陷；鉻鉬鋼沒有裂紋、氣孔和其他缺陷為合格。

⑤焊口組對。

壁厚相同的管道組成件組對時應(yīng)使內(nèi)壁平齊，其錯邊量不應(yīng)超過下列規(guī)定：SHA級管道為壁厚的10%，且不大于0.5 mm；SHB、SHC及SHD級管道為壁厚的10%，且不大于1 mm。SHA級管道的內(nèi)壁差0.5 mm或外壁差2 mm；SHB、SHC及SHD級管道的內(nèi)壁差1 mm或外壁差2 mm，如圖8所示。

圖8 焊口組對

⑥層間溫度控制。

Ⅰ類鋼按照施工規(guī)范要求，層間溫度不能超過預(yù)熱溫度（超過30mm的管材）。不銹鋼施焊過程中，每臺自動焊設(shè)備必須配備一臺紅外線測溫儀，在自動焊焊機施焊過程中，控制層間溫度。

（4）自動焊焊接工藝。

自動焊施焊時工藝參數(shù)嚴(yán)格按照評定合格的工藝評定編制焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書。

a.在氬弧焊打底時注意引弧和收弧質(zhì)量，引弧時采用回焊引弧法，收弧時要填滿弧坑。

b.在不銹鋼鋼管上焊接組對卡具時，卡具的材質(zhì)應(yīng)與管材相同，否則應(yīng)用焊接該鋼管的焊條在卡具上堆焊過渡層，且組對施焊時應(yīng)在施焊位置采取預(yù)熱措施。

c.充氬保護如圖9所示。

①合金元素含量超過3%的管子焊接時，若采用氬弧焊打底，背面應(yīng)充氬保護。充氬方式可根據(jù)具體情況采用多種形式，但要保證氬氣消耗量最小。

圖9 充氬保護

②充氬時用錫箔紙沿圓周粘貼在焊口外側(cè)，以保證充氬效果，待一段時間后，檢測充氬情況，符合要求后進(jìn)行焊接。

③如采用海綿等進(jìn)行充氬時，必須在焊接完成后及時取出，并在海綿上施加便捷拉取鐵絲。

3 自動焊施焊完畢焊口缺陷返修

（1）采用角向磨光機打磨清除缺陷，并將打磨部位修整成約50°的橢圓形。

（2）焊縫返修采用GTAW的焊接方法按正式施焊工藝進(jìn)行。

（3）材質(zhì)或厚度要求需預(yù)熱工藝施焊焊縫，在進(jìn)行返修時預(yù)熱溫度值取上限，采用電加熱方式進(jìn)行加熱。

（4）需焊后熱處理的焊縫修補完畢后按原工藝進(jìn)行熱處理。

（5）焊縫返修完后按照原檢查程序進(jìn)行外觀檢查和無損檢測。

通過以上焊接工程控制管理辦法，在施工現(xiàn)場施焊高壓管道時廣泛采用自動焊施焊高壓管道，可有效提高一次焊接合格率和勞動效率。為石油化工裝置高效、平穩(wěn)、長時間運行提供保障。