長輸管道“金口”質(zhì)量控制方案及措施

■劉智

一、概述

大口徑管道“金口”連頭施工受限條件較多，環(huán)境、地形、地質(zhì)、氣候以及已下溝管道的在位狀態(tài)等都是制約“金口”連頭施工的重要因素。同時(shí)，對(duì)“金口”連頭施工的用管下料、管口處理、組對(duì)焊接要求等也是影響管道“金口”施工質(zhì)量的主要因素。

通過對(duì)“金口”連頭處精確測量、計(jì)算、下料等方面考慮，降低連頭施工中各因素的不利影響，并由經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)水平高而且責(zé)任心強(qiáng)的焊工進(jìn)行施焊，通過制定科學(xué)的“金口”施工人員管理制度和激勵(lì)機(jī)制，并根焊熱焊后加密檢測等質(zhì)量控制措施，從而提升長輸管道“金口”連頭的整體施工效率和質(zhì)量。

二、“金口”組對(duì)質(zhì)量的控制措施

組對(duì)質(zhì)量的控制是保證“金口”質(zhì)量的基礎(chǔ)。充分分析和測量管道“金口”連頭處管溝和管線的實(shí)際尺寸是否滿足連頭組對(duì)條件，必要時(shí)需進(jìn)行多次復(fù)尺、計(jì)算，以免造成大的尺寸偏差。盡量讓兩個(gè)管道組對(duì)時(shí)在同一個(gè)軸線上，另外，還要考慮熱脹冷縮的環(huán)境因素，管道連頭的時(shí)間放在環(huán)境溫度變化不大的時(shí)間段（例如晚上）。嚴(yán)格按照管道的安裝工藝進(jìn)行安裝組對(duì)，避免生拉硬拽強(qiáng)力組對(duì)，導(dǎo)致產(chǎn)生過大的應(yīng)力。管道連頭組對(duì)時(shí)，應(yīng)避免斜口組對(duì)。當(dāng)連頭的兩節(jié)管道軸心偏離過大時(shí)，應(yīng)該考慮用彎管和彎頭連接，不同軸兩節(jié)管道軸線的交叉點(diǎn)和管溝開挖后兩個(gè)軸線的交叉點(diǎn)應(yīng)該重疊。組對(duì)下料時(shí)不能切割彎頭或者彎管，盡量把最后一道“金口”放在連頭的直管段上（見圖1、圖2）。

三、“金口”焊接采用的焊接工藝及質(zhì)量控制

1.焊接方法

圖1 長輸管道連頭作業(yè)面

圖2 管道連頭“金口”施工安裝示意

長輸管道的連頭焊接技術(shù)大多采用根焊（低氫焊條向上或者手工鎢極氬弧焊接）+填蓋（低氫焊條向上或者自保護(hù)藥芯焊絲向下）的焊接方法?！敖鹂凇钡暮附佣嗖捎酶福ㄊ止ゆu極氬弧焊）+填蓋（自保護(hù)藥芯焊絲向下）的焊接方法

2.焊接過程中常見的缺陷及控制措施

焊接現(xiàn)場地理環(huán)境復(fù)雜，加上晝夜溫差，會(huì)給管道連頭組對(duì)、焊接增加了很大的困難。管道連頭施工中常見的焊接缺陷為氣孔、未熔合、裂紋、內(nèi)凹及夾渣等，出現(xiàn)幾率最高的是未熔合、未焊透和氣孔。

RT無損檢測后不合格的底片如圖3～圖5所示。

圖3 未熔合、內(nèi)凹、氣孔

圖4 層間未熔合、夾渣

圖5 根部未熔合

（1）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。未焊透一般是指根部未熔合，由于長輸管道一般都是采用單面焊雙面成形，因此這種缺陷比較常見，未焊透對(duì)焊道的危害性很大，減小了焊道的有效截面積，造成應(yīng)力集中，因此，在“金口”焊接中更要嚴(yán)格控制。

產(chǎn)生原因：①坡口加工不規(guī)范，坡口角度太小，間隙小，鈍邊太厚，焊條或焊槍不能伸到焊口根部。②層間清理過度，形成較深的溝槽。③組對(duì)錯(cuò)邊量大，焊接電流太小，不能將根部很好熔合。④焊條或焊槍角度不對(duì)，電弧偏吹。⑤焊接速度過快，熱量輸入不夠。

控制措施:①管道坡口加工必須符合規(guī)范要求，焊前要嚴(yán)格清除母材和焊道表面污物和雜質(zhì)。②選用適宜的焊接電流和焊接速度，嚴(yán)格執(zhí)行工程制定的焊接。③采用正確的焊條角度，保證焊縫兩側(cè)金屬熔化結(jié)合良好。④控制錯(cuò)邊量。

（2）氣孔 氣孔是指在焊接過程中，電弧周圍的空氣、母材和焊材表面的雜質(zhì)燃燒分解產(chǎn)生的氣體溶在熔池中，且在熔化金屬冷卻前未能及時(shí)逸出而殘留在焊縫中形成的孔穴。

產(chǎn)生原因：施工現(xiàn)場風(fēng)力大，擋風(fēng)措施不當(dāng)，且較大的晝夜溫差造成管道內(nèi)氣體流動(dòng)大，致使在焊接時(shí)出現(xiàn)氣孔?！敖鹂凇苯M對(duì)焊接中，最大的難點(diǎn)是根部焊道的焊接。由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，氣溫變化大，給焊接造成很大的困難。焊接時(shí)若氣溫升高，管道內(nèi)的空氣受熱膨脹從管道焊口噴出，阻礙焊接電弧的吹力和正常燃燒，造成熔滴不能正常過渡，在氣流的作用下熔池得不到完全保護(hù)而產(chǎn)生氣孔，氣流過大還會(huì)導(dǎo)致根部焊道形成內(nèi)凹和焊瘤。焊接時(shí)若氣溫下降，管道內(nèi)的空氣收縮形成負(fù)壓，會(huì)導(dǎo)致管道從焊口處往里吸空氣，特別是根部焊道收口時(shí)熔滴在氣流的作用下，不能形成熔池而影響焊接，內(nèi)吸氣流還會(huì)導(dǎo)致焊瘤的產(chǎn)生，熔池不能得到保護(hù)形成氣孔，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致無法焊接。

控制措施：①將母材和焊材表面的污物和雜質(zhì)清除干凈，按焊接工藝要求對(duì)需要烘干的焊條做烘干處理。②選擇合理的焊接速度和焊接電流。③在內(nèi)對(duì)口器內(nèi)側(cè)加廢棄清管球，在另一側(cè)管口使用篷布嚴(yán)密封堵，防止環(huán)境風(fēng)或穿堂風(fēng)，可有效減少與焊口相連通的透風(fēng)焊接管段長度，使管段內(nèi)氣流流速降到最低。④施工中盡可能在溫度變化不大的情況下焊接。⑤在焊接過程中遇到氣流的情況下，可打開連頭管道兩端閥室的閥門，讓管道內(nèi)冷熱空氣對(duì)流，從而減緩管道內(nèi)氣流的強(qiáng)度(由于連頭管道施工段兩端都已下溝回填，連頭處管道與已埋段管道受熱不同)。⑥用火焰把預(yù)熱管口的同時(shí)，盡可能讓管道吸入火苗和熱空氣，從而減緩管道內(nèi)與外界壓差，使管道內(nèi)外空氣壓差均衡。⑦“金口”連頭時(shí)一旦組對(duì)好就要一次性在盡可能短的時(shí)間內(nèi)焊完，否則焊口有可能在管道冷縮的情況下被撕裂拉斷。

（3）裂紋 產(chǎn)生原因：在管線施工過程中，“金口”出現(xiàn)的裂紋普遍為冷裂紋，主要原因?yàn)檫B頭施工時(shí)強(qiáng)力組對(duì)焊縫處應(yīng)力較大；母材厚焊縫拘束度高，尤其是V形坡口；預(yù)熱溫度不夠，焊縫冷卻速度快，產(chǎn)生大的應(yīng)力；焊接熱輸入大，加大了焊縫拘束度。

控制措施：①正確選用焊接材料。②按照工藝要求，焊前預(yù)熱，冬季施工時(shí)采取保溫措施，必要時(shí)進(jìn)行焊后加熱緩冷。③嚴(yán)格控制組對(duì)應(yīng)力，避免強(qiáng)力組對(duì)。④避免其他焊接缺陷的產(chǎn)生，如：未焊透、長條狀?yuàn)A渣、咬邊等。⑤選擇經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)高、責(zé)任心強(qiáng)的焊工進(jìn)行根焊作業(yè)。根部焊道焊接時(shí)，由2名或3名焊工從兩側(cè)對(duì)稱焊接，一旦出現(xiàn)缺陷，不允許進(jìn)行返修，須切掉重焊。⑥焊接過程中可在上爬坡最容易焊接操作的位置留一段(100～200mm)不焊，便于焊接過程中觀察焊道內(nèi)部的焊縫成形情況，發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問題可及時(shí)解決，同時(shí)有利于焊道在焊接過程中的應(yīng)力釋放，以減小焊道根部裂紋的產(chǎn)生，待其他地方根焊道全部完成后再把預(yù)留處焊完（見圖6）。

圖6 長輸管道連頭“金口”焊接施工

3.“金口”根焊質(zhì)量檢測

根焊質(zhì)量是“金口”質(zhì)量的成敗關(guān)鍵，下面從確保根焊質(zhì)量出發(fā)，利用無損檢測手段及時(shí)準(zhǔn)確的檢測根焊質(zhì)量。有利于提高施工工效，力爭一次性完成“金口”的焊接工作。

（1）檢測方法的選用 “金口”一般都是手工焊打底，厚度一般在2～3.5mm，內(nèi)焊道厚度一般在2～4mm，外焊道根據(jù)壁厚和坡口角度來定。

第一，采用AUT檢測：AUT理論上來說可以檢測，利用A掃描來完成。由于TOFD存在固有檢測盲區(qū)2～3mm，所以AUT如果檢測根焊TOFD不需要使用。存在問題及難點(diǎn)：“金口”由于占整體管道數(shù)量極小，采用AUT檢測需要準(zhǔn)備的很多，軌道、對(duì)比試塊（加工難度較大，估計(jì)價(jià)格在3.2萬元左右），設(shè)備的利用率，技術(shù)參數(shù)設(shè)置（大量試驗(yàn)，成本嚴(yán)重增加）。由于“金口”組對(duì)是質(zhì)量的重中之重，所以組對(duì)的對(duì)口間隙、焊縫上下寬度等對(duì)檢測影響較大，端角反射會(huì)極為強(qiáng)烈，不利于判定和操作。從技術(shù)角度來說，AUT適合批量、焊接成形有規(guī)律、坡口角度、寬度固定（偏差極?。┑暮缚p，所以不推薦使用AUT。

第二，采用UT、PAUT檢測：PAUT、UT檢測原理與AUT一致，采用A掃描，只是AUT形成了專門工裝，系統(tǒng)化。PAUT、UT檢測根焊同樣也需要對(duì)比試塊（截取母材制作“金口”試塊），唯一優(yōu)勢是可以變換探頭角度。

存在問題及難點(diǎn)，由于整道焊縫只焊接了打底，未填充，檢測操作時(shí)會(huì)形成強(qiáng)烈的端角反射，極難以判定，滿屏幕的反射波，根本無法識(shí)別哪條反射波是缺陷，判定難度會(huì)大于AUT檢測（AUT經(jīng)歷了大量試驗(yàn)后判定難度會(huì)明顯小于UT）。制作對(duì)比試塊難度較大，由于“金口”是打底焊條電弧焊，坡口參數(shù)變化較大，加工試塊很難全覆蓋對(duì)比位置，往往試塊做的符合標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場檢測“金口”與試塊出入較大，誤判率太高，況且UT對(duì)檢測厚度2～3mm本身就存在嚴(yán)重的不符合（聲束無法集中，聲波發(fā)射和回波時(shí)差太短），國標(biāo)及行標(biāo)中一般都規(guī)定檢測厚度在4mm以上，如JB/T47013—2015及GB/T11345—2013.PAUT是基于UT的理論，增加D、S掃查。所以不推薦使用UT、PAUT來檢測“金口”。

第三，MT檢測：理論上不可行，MT檢測范圍為表面及近表面1～2mm，不能完全覆蓋整個(gè)根焊，存在漏檢。況且難以退磁，對(duì)后續(xù)填充影響大，易形成空心焊道和夾渣，同時(shí)難以處理掉黑磁粉（檢測時(shí)一般都用大量水沖洗）。所以無法用MT檢測根焊。

第四，PT檢測：理論上不可行，PT只檢測表面，對(duì)內(nèi)部缺陷無法檢測到，不能覆蓋整個(gè)根焊，所以不能使用。

第五，RT檢測：理論、實(shí)際可行。①RT理論可行：檢測可覆蓋整條焊縫，可以觀察內(nèi)、外部缺陷。況且角度好設(shè)置，垂直拍攝，現(xiàn)場采用雙壁單影分段透照技術(shù)。②實(shí)際拍攝：布片簡單、射線源能量固定，現(xiàn)場可操作性及成本較低，推薦使用。

（2）RT根焊檢測方案 編制依據(jù)：JB/T4109－2013、GB/T12605—2008。

舉例說明：φ1 0 1 6 m m×26.2m m；檢測是拍攝五張底片（800m m×80m m），每張需要電壓2 6 0 k V，焦距1016+2+135=1153mm，曝光時(shí)間為1min，共需要10min?，F(xiàn)場洗片為10min左右，底片觀察5min，預(yù)計(jì)每道焊口25min能夠出具檢測結(jié)果。施工過程中過程中曾運(yùn)用RT方法進(jìn)行過根焊檢測，效果良好，滿足查看根焊質(zhì)量的目的。

四、結(jié)語

管道焊接工程實(shí)際“金口”連頭焊接中，通過強(qiáng)化施工人員的管理，認(rèn)真計(jì)算下料、組對(duì)和焊接，會(huì)使得對(duì)焊接缺陷的控制能力增強(qiáng)，施工可操作性以及焊接速度等方面都顯著提高。在長輸管道連頭焊接中只要準(zhǔn)備充分，施工工藝合理，優(yōu)化原有的焊接工藝，分析影響焊接質(zhì)量的