長輸管道施工常見焊接成型缺陷分析控制

邵放軍

摘 要：焊接是長輸管道工程施工中的關(guān)鍵過程，焊接過程的質(zhì)量控制對保證長輸管道工程的施工質(zhì)量起著決定性的作用。長輸管道施工具有野外作業(yè)，焊接環(huán)境不穩(wěn)定，非固定電源用電，管道固定位置不確定、焊道內(nèi)部成型難以觀測等特點(diǎn)。本文通過對長輸管道焊接中常見的一些焊接質(zhì)量缺陷進(jìn)行分析，并總結(jié)了相應(yīng)的控制措施。從實(shí)際出發(fā)，對施工過程中的焊接質(zhì)量各環(huán)節(jié)控制要素進(jìn)行討論，并結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：焊接；焊縫；缺陷；控制

1 長輸管道焊接工藝簡介

大口徑的長輸管道壁厚一般都在8mm以上，采用多層焊接。目前應(yīng)用最廣泛的就是纖維素焊條下向焊打底加半自動(dòng)藥芯焊絲自保護(hù)下向焊填充蓋面工藝。

由于管徑大，輸送壓力高，因此長輸管道所用的鋼管一般都是高碳鋼制作，鋼級(jí)都在X60以上，屬于高強(qiáng)鋼。管道焊接一般也都是同種材質(zhì)的鋼管相互焊接。

焊材一般采用纖維素焊條、底氫焊條、藥芯焊絲、實(shí)心焊絲加氣體保護(hù)等。

管道焊接一般采用對接形式，坡口一般有V型、U型、復(fù)合型，視鋼管的壁厚等參數(shù)確定。

2 焊縫常見的質(zhì)量缺陷及成因

焊接質(zhì)量缺陷的種類很多， 在不同的標(biāo)準(zhǔn)中也有不同的分類方法。在此將長輸管道施工與焊道檢測方式緊密結(jié)合，列出在實(shí)際焊接過程中出現(xiàn)較為頻繁的咬邊、夾渣、未熔合及未焊透、氣孔、燒穿燒融、裂紋六種焊縫成型缺陷的分析，其中對管道使用壽命影響最大的就是未焊透和裂紋等開口性缺陷。

2.1 咬邊

咬邊即通常所說的焊道咬肉，主要是由于在焊接過程中熔敷金屬未能蓋住母材的坡口，在焊道邊緣留下的低于母材的缺口。咬邊具體質(zhì)量指標(biāo)都應(yīng)在給施工機(jī)組下發(fā)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書里做出詳細(xì)的要求。淺短的咬邊可以不作處理，但過深的咬邊會(huì)對焊道力學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。咬邊將減少母材的有效截面積，在咬邊處引起應(yīng)力集中，降低接頭強(qiáng)度，特別是低合金高強(qiáng)鋼的焊接，另外咬邊的邊緣組織被淬硬，易引起裂紋。

2.2 夾渣

夾渣是指焊縫中存在的熔渣、鐵銹或其他物質(zhì)，在焊道根部、層間均可能存在，最常見的就是層間夾渣。夾渣形狀不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖銳形的夾渣，影響焊道的塑性，尤其是在焊道受拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。

2.3 未熔合及未焊透

未熔合是指焊接時(shí)焊道與母材坡口、上層焊道與下層焊道之間沒有完全熔化結(jié)合形成的缺陷。未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。未焊透是指母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)入接頭根部的現(xiàn)象。未焊透對焊道的危害很大，它使焊道的有效截面積減少，同時(shí)由于屬于開口性缺陷，又能造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。在管道進(jìn)行下溝作業(yè)或承壓很高的情況時(shí)，如果未焊透深度很深，會(huì)出現(xiàn)焊道沿未焊透處撕裂現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：1、坡口加工不規(guī)范，角度偏小，組對間隙窄，鈍邊太厚；2、層間清理過度，造成坡口加寬，形成溝槽等。3、焊工手法不穩(wěn)，電流較小，線能量偏小。

2.4 氣孔

氣孔一般是由于熔池中的氣體在熔化金屬凝固時(shí)沒有逸出所形成的。其形式有條形氣孔、密集氣孔、球形氣孔、柱狀氣孔等。氣孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面積很大的圓形氣孔外，其他氣孔的危害性都較小，甚至還有止裂傾向。

2.5 燒穿燒融

燒穿主要是指在焊接過程中，由于種種原因?qū)е氯鄢厝鄞┣皩雍傅澜饘?，使熔化金屬自坡口背面流出，造成空洞的缺陷。燒穿使焊縫有效截面積減小，在管道受壓的情況下會(huì)造成應(yīng)力集中，如果不做處理，在后層焊道的焊接中該處容易出現(xiàn)燒穿，造成空洞越來越深。在仰焊部位，如果熔池將前層焊道金屬加熱至臨界熔化狀態(tài)，由于金屬的重力質(zhì)量本層焊道，因此不會(huì)造成燒穿，而出現(xiàn)金屬塌落現(xiàn)象，這種情況在射線底片上顯示和燒穿影響差別不大，施工中稱之為燒融。

2.6 裂紋

裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷。裂紋，主要有結(jié)晶裂紋、液化裂紋、延遲裂紋，由于其有延伸性，在焊道存在內(nèi)應(yīng)力的情況下裂紋會(huì)一直延伸擴(kuò)展，直至焊道破壞為止。因此在長輸管道的施中裂紋缺陷是不允許存在的，通常也不允許返修，必須割口重焊。

2.7 焊縫缺陷的返修處理

焊接完成后，施工機(jī)組對焊縫外觀進(jìn)行自檢，合格后向監(jiān)理無損探傷申請。無損檢測合格后進(jìn)行下一步工序防腐補(bǔ)口，不合格則根據(jù)返修通知單進(jìn)行返修處理。同一部位根焊層的返修只允許返修一次，否則進(jìn)行割口處理，其它焊層可返修二次。

評(píng)片等級(jí)按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。目前采用SY/T4109-2005，通常以Ⅱ級(jí)片以上合格。返修通常按照射線檢測底片位置在焊縫上相應(yīng)的進(jìn)行標(biāo)記，然后采用磨光機(jī)將焊縫打開，找到缺陷后磨除缺陷，再進(jìn)行補(bǔ)焊，要求預(yù)熱則焊前焊后采取環(huán)向均勻預(yù)熱，以防止應(yīng)力集中造成延遲裂紋缺陷。

3 長輸管道焊接的質(zhì)量控制

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

⑴規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前在長輸管線的建設(shè)方面還沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。施工管理者和技術(shù)人員應(yīng)全面了解和掌握管線建設(shè)所執(zhí)行的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)， 在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙， 制定出切實(shí)可行的管道施工方案。

⑵建立各項(xiàng)規(guī)章制度。建立健全質(zhì)量保證體系及質(zhì)量管理制度，質(zhì)量保證體系責(zé)任人員的資質(zhì)應(yīng)滿足工程施工的要求并應(yīng)在施工過程中認(rèn)真負(fù)責(zé)做好本職工作。做到各項(xiàng)責(zé)任落實(shí)到人。建議在焊接工藝規(guī)程之外， 編制專門的焊接作業(yè)指導(dǎo)書以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

⑶材料檢查。這些材料必須有原始質(zhì)保書或復(fù)印件， 質(zhì)保書內(nèi)容應(yīng)齊全， 并經(jīng)生產(chǎn)單位質(zhì)檢部門蓋章確認(rèn)。

3.2 焊前準(zhǔn)備

⑴焊口檢查、清理。檢查管口形狀是否符合橢圓度要求， 焊件坡口尺寸及型式應(yīng)符合圖紙及工藝規(guī)定。被焊表面應(yīng)均勻、光滑，不得有起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆等和其他影響焊接質(zhì)量的有毒物質(zhì)。坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)清理干凈，并呈現(xiàn)金屬光澤。

⑵鋼管對口。鋼管對口的好壞將直接影響焊接質(zhì)量，對口間隙過大，焊接時(shí)容易燒穿而形成焊瘤；對口間隙過小，焊接時(shí)容易造成根部熔化不良，即未焊透等缺陷。鋼管的對口優(yōu)先采用內(nèi)對口器組隊(duì)、在無法應(yīng)用內(nèi)對口器對口時(shí)，可用外對口器。對口時(shí)兩管的制管焊縫在對口處應(yīng)相互錯(cuò)開100mm以上。

⑶焊前預(yù)熱。管線鋼在進(jìn)行焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱， 預(yù)熱溫度要嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。焊前顱熱宜采用環(huán)形火焰加熱或中頻加熱方法進(jìn)行，應(yīng)均勻地加熱焊接部位，并將溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.3 焊接過程

⑴焊接規(guī)范。焊接過程是決定焊縫質(zhì)量的最主要環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一點(diǎn)就是焊工在操作過程中一定要嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程中的焊接規(guī)范參數(shù)和焊接作業(yè)指導(dǎo)書中的各項(xiàng)要求，尤其是焊接電流的大小。決不允許焊口根據(jù)自己的習(xí)慣或喜好私自改變規(guī)范參數(shù)。

⑵焊縫成形。應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程的焊縫外形尺寸進(jìn)行焊接，。

⑶操作要領(lǐng)。在焊接過程中，除嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范外，還應(yīng)注意以下操作要領(lǐng)。在管子焊接時(shí)，應(yīng)采取有效措施防止管內(nèi)產(chǎn)生穿堂風(fēng)；現(xiàn)場焊接時(shí)，有關(guān)接頭設(shè)計(jì)、焊接層數(shù)、焊接工藝參數(shù)、焊后緩冷等嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；焊接時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，在兩個(gè)焊工收弧交接處，先達(dá)到交接處的焊工應(yīng)多焊部分焊道，便于后焊焊工的收??；焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯(cuò)開30mm以上，每個(gè)接頭焊前必須修磨；焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)偏吹、易粘條或其他不正?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止焊接，更換焊條及修磨接頭后施焊；焊接時(shí)，纖維素焊條不易擺動(dòng)太大，較寬焊層易采用排焊方法。

3.4 焊縫返修

焊縫返修應(yīng)在監(jiān)理人員的監(jiān)督下，由具有返修資格的焊工依照返修焊接工藝規(guī)程進(jìn)行返修。對于重要管線焊縫返修只允許進(jìn)行一次，一次返修不合格， 則該焊縫必須從管線上切除。

3.5 施工人員的控制

⑴人是決定焊接質(zhì)量第一位的要素。從事壓力管道受壓元件焊接的焊工，經(jīng)規(guī)定的基本知識(shí)和操作技能考試合格后，取得質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工合格證，且在有效期內(nèi)方能進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的焊接工作。嚴(yán)禁無證從事焊接作業(yè)。施工企業(yè)必須與焊工簽訂勞動(dòng)合同。

⑵管工要對管口組對質(zhì)量負(fù)責(zé)，確保管口表面質(zhì)量，坡口尺寸，對口間隙，錯(cuò)邊量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。SY-T4109-2006《石油天然氣鋼制管道無損檢測》是等同采用API有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的，該標(biāo)準(zhǔn)第一次提出錯(cuò)邊未焊透這一新的焊接缺陷概念，并將錯(cuò)邊未焊透的長度單獨(dú)進(jìn)行焊縫質(zhì)量評(píng)級(jí)，而且規(guī)定出現(xiàn)錯(cuò)邊未焊透的X光底片不能評(píng)為Ⅰ級(jí)片。此外錯(cuò)邊未焊透缺陷的返修是較為困難的。另外，質(zhì)檢員要起到嚴(yán)格把關(guān)的作用。及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)給予糾正，及時(shí)反饋質(zhì)量信息，防止不合格品發(fā)生。

⑶焊接機(jī)組其他人員都必須圍繞保證焊接質(zhì)量這個(gè)中心，盡心、盡責(zé)、盡力做好本崗位工作。

3.6 焊接設(shè)備和檢驗(yàn)儀器工具

⑴壓力管道焊接所需的自動(dòng)焊機(jī)、手弧焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、焊條烘干設(shè)備和焊縫熱處理裝置等，應(yīng)具備保證焊接質(zhì)量的過程能力。

⑵所有指示、測量、檢驗(yàn)所使用的儀器、儀表，檢驗(yàn)工具，如電流表、電壓表、焊口檢驗(yàn)尺、溫濕度儀、風(fēng)速儀、紅外測溫儀等等，都應(yīng)通過周期檢定合格，并在有效期內(nèi)。

⑶據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，焊機(jī)上電壓表、電流表所指示的數(shù)值與焊點(diǎn)附近的真實(shí)數(shù)值是有一定的差距的，主要原因是焊接把線有一定的電阻而造成電壓降。要比較準(zhǔn)確地掌握焊接電流、電壓值，我們的做法是用鉗形電流表在焊點(diǎn)附近，對正在工作的焊接把線測量電流、電壓數(shù)值。這樣測量的數(shù)值是比較準(zhǔn)確的。

3.7 材料與焊材的控制

⑴對構(gòu)成長輸管道的鋼管、焊材、管件、法蘭、閥門等壓力管道元件，應(yīng)采購取得壓力管道元件制造許可證的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，材料或焊材上的標(biāo)記必須完整、清晰、牢固，質(zhì)量證明書內(nèi)容齊全、符合標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量證明書嚴(yán)禁用抄件，一般應(yīng)為原件或復(fù)印后加蓋有經(jīng)銷單位紅色檢驗(yàn)印章和經(jīng)辦人章的有效復(fù)印件，質(zhì)量證明書上的品種、規(guī)格、批號(hào)等內(nèi)容應(yīng)與實(shí)物一致。

⑵壓力管道元件（含業(yè)主提供的材料）和輔助材料如陰極保護(hù)、防腐補(bǔ)口補(bǔ)傷材料等都應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)合格，由材料質(zhì)控責(zé)任工程師驗(yàn)證后，簽署準(zhǔn)用意見。我們將材料驗(yàn)證設(shè)置為“停點(diǎn)” ，旨在控制未經(jīng)驗(yàn)證的壓力管道元件，嚴(yán)禁緊急放行；經(jīng)檢驗(yàn)不合格的材料，嚴(yán)禁投入使用。材料存放、保管、吊裝、運(yùn)輸?shù)葢?yīng)保證材料不受損傷。

⑶焊材應(yīng)有專設(shè)的庫房存放，配備控制溫度、濕度的設(shè)備和溫、濕度測量儀器、儀表，保證存放條件滿足工藝文件規(guī)定的要求。領(lǐng)用焊條應(yīng)用焊條保溫桶，當(dāng)班用不完的焊條應(yīng)回收，回收焊材應(yīng)按規(guī)定經(jīng)烘干后才能用于管道的焊接。

3.8 焊接工藝文件的控制

⑴焊接工藝評(píng)定、焊接施工措施方案或焊接作業(yè)指導(dǎo)書，是焊接施工必須嚴(yán)格遵守的“法律”文件。

⑵在壓力管道安裝質(zhì)保體系諸多控制點(diǎn)中，我們將焊接工藝評(píng)定設(shè)置為“停點(diǎn)”，不具備焊接工藝評(píng)定不得開焊。

⑶焊接工藝評(píng)定的內(nèi)容、數(shù)量要能覆蓋長輸管道線路、聯(lián)頭、返修、不同壁厚及爬坡管段等各種焊接工況。

⑷焊接作業(yè)指導(dǎo)書依據(jù)焊接工藝評(píng)定來制定，焊接作業(yè)指導(dǎo)書中的焊接工藝參數(shù)應(yīng)在焊接工藝評(píng)定規(guī)定的范圍內(nèi)。

⑸焊接作業(yè)指導(dǎo)書應(yīng)由焊接技術(shù)人員向焊接施工班組交底，交底的內(nèi)容包括：焊接工藝參數(shù)，工藝流程，質(zhì)量要求，檢驗(yàn)方法，焊接環(huán)境要求，施工安全要求等。

4 結(jié)束語

長輸管道焊接的現(xiàn)場情況復(fù)雜、施焊環(huán)境惡劣、焊縫數(shù)量較多，影響焊接質(zhì)量的因素很多，只要對這些影響因素進(jìn)行有效的控制，就能保證長輸管道焊接質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙的要求。隨著焊接機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用，研究人員仍在深入研究焊接的本質(zhì)，繼續(xù)開發(fā)新的焊接方法，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]SYT4103-2006鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收

[2]SY4029-93石油建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 長輸管道線路工程