厚壁不銹鋼管道焊接質(zhì)控分析

王博 李偉剛 馬尚國(guó) 李嚴(yán)

中核工程咨詢有限公司 北京 100000

1 概述

某電站二期工程大部分系統(tǒng)采用不銹鋼管道，工程量非常大，施工質(zhì)量要求高。與國(guó)內(nèi)其它電站不銹鋼管道焊接不同，不銹鋼管道焊口較多采用“T型”坡口，大大提高了生產(chǎn)效率，又由于不銹鋼管道具有電阻率大、線膨脹系數(shù)大、低的熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，造成焊接工藝比較復(fù)雜，質(zhì)量控制難度較大，所以焊接質(zhì)量控制重點(diǎn)在于確保不銹鋼管道焊接質(zhì)量處于可控狀態(tài)。

采用的不銹鋼管主要有俄供不銹鋼管08X18H10T和中供不銹鋼管321（包括TP321、WP321、F321），均屬于低碳級(jí)（0．03%＜質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC≤0．08%）奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼在常溫下具有良好的力學(xué)性能和焊接性，內(nèi)部顯微組織為奧氏體的組織結(jié)構(gòu)或奧氏體+少量鐵素體的組織結(jié)構(gòu)，在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的耐熱性，焊態(tài)下奧氏體不銹鋼接頭有良好的韌性和塑性[1]。

2 焊接工藝方法選擇

不銹鋼管道焊接主要采用TIG或TIG+SMAW的焊接方式，壁厚δ≤6mm時(shí)，采用TIG，壁厚＞6mm時(shí)，采用TIG+SMAW的方法，TIG焊接可以代替TIG+SMAW焊接。

因本文所述為大厚壁不銹鋼管道焊接，故選用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底、焊條電弧焊填充、蓋面的工藝進(jìn)行焊接施工，即TIG+SMAW焊接法。在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，保證了生產(chǎn)效率[2]。

3 先決條件檢查

先決條件檢查從人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面進(jìn)行。

（1）檢查焊工、無(wú)損檢驗(yàn)人員等是否按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)考核合格并取得相應(yīng)的資格；

（2）檢查焊接設(shè)備及儀表等是否進(jìn)行標(biāo)定，且在標(biāo)定的有效期內(nèi)；

（3）檢查管道、焊材是否已經(jīng)驗(yàn)收合格，焊接用氬氣等是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；

（4）檢查所使用的焊接工藝評(píng)定是否通過(guò)編、審、批，是否已制作相應(yīng)的焊接工藝單；

（5）檢查焊接環(huán)境是否滿足焊接需求等。

4 焊接控制

4.1 母材準(zhǔn)備

（1）在組對(duì)前，所有部件要有標(biāo)識(shí)且與施工圖紙相符；

（2）對(duì)于厚度不同的兩個(gè)部件的對(duì)接接頭坡口，應(yīng)加工成平穩(wěn)均勻過(guò)度的斜面；

（3）組隊(duì)前必須清理坡口相鄰兩邊至少20mm內(nèi)的銹跡、油跡，破口尺寸、表面質(zhì)量和形狀應(yīng)符合圖紙要求。

4.2 母材的組裝、組對(duì)

（1）在進(jìn)行管道組對(duì)時(shí)，可以使用管卡進(jìn)行組裝，但應(yīng)保證徑向間隙分布均勻，軸向間隙應(yīng)滿足≤0．3mm的基本要求。

（2）在進(jìn)行壁厚＞6mm管道組對(duì)時(shí)，允許使用點(diǎn)固塊進(jìn)行臨時(shí)固定，點(diǎn)固塊的材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼，固定位置離坡口處的距離應(yīng)至少為60mm。在去除臨時(shí)性工藝固定時(shí)，需使用機(jī)械加工的方式去除定位焊縫金屬，應(yīng)對(duì)定位焊縫做適當(dāng)?shù)男弈?。清除臨時(shí)性工藝后，應(yīng)對(duì)定位焊縫部位進(jìn)行液體滲透，確保定位焊部位無(wú)裂紋等缺陷。

（3）管道組對(duì)時(shí)，點(diǎn)焊焊縫應(yīng)由具有正式焊縫資格的焊工進(jìn)行施焊，點(diǎn)焊時(shí)使用的工藝應(yīng)與正式焊縫工藝相同。焊縫厚度為4-12mm時(shí)，單個(gè)焊點(diǎn)長(zhǎng)度為10-20mm，焊縫焊點(diǎn)厚度為3-6mm，焊點(diǎn)的間距為50-100mm，焊點(diǎn)應(yīng)該沿圓周分布均勻；焊縫厚度為＞12mm時(shí)，單個(gè)焊點(diǎn)長(zhǎng)度為15-30mm，焊點(diǎn)焊縫厚度＞6mm，點(diǎn)焊的間距為100-300mm，焊點(diǎn)應(yīng)該沿圓周分布均勻。

（4）點(diǎn)焊完成后，焊工需對(duì)點(diǎn)焊焊縫進(jìn)行自檢，檢查點(diǎn)焊焊縫是否存在氣孔、縮孔、裂紋等缺陷，若發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)立即處理。

4.3 背部充氬保護(hù)方式

電站不銹鋼管道焊縫對(duì)焊縫的背部質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，若背部不進(jìn)行保護(hù)或保護(hù)不到位，焊縫根部熔敷金屬在高溫情況下極易被氧化，導(dǎo)致合金元素的燒損，會(huì)造成接頭成形不良，力學(xué)性能不合格，影響焊縫的整體性能。為了確保不銹鋼管道焊縫背部焊接質(zhì)量，手工鎢極氬弧焊打底焊道的最初兩層焊縫（包括氬-電聯(lián)合焊接時(shí)打底焊縫）需進(jìn)行背部充氬保護(hù)。

4.4 焊接過(guò)程控制

（1）焊接環(huán)境。奧氏體不銹鋼焊接時(shí)對(duì)環(huán)境有較高的要求，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境無(wú)法滿足焊接要求時(shí)，需要采取有效的防護(hù)措施以滿足施焊條件，否則禁止進(jìn)行施焊。焊接區(qū)域溫度需大于-5℃，環(huán)境溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致焊縫快速冷卻，導(dǎo)致裂紋等缺陷；焊接環(huán)境濕度小于90%，TIG焊時(shí)風(fēng)速小于2m/s，SMAW焊是風(fēng)速小于8m/s，風(fēng)速、濕度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致氣孔等缺陷的產(chǎn)生。

（2）焊接注意事項(xiàng)[3]。

①厚壁不銹鋼管道焊接采用TIG+SMAW方法，焊接接頭等級(jí)應(yīng)滿足相應(yīng)程序，應(yīng)嚴(yán)格按照選用的焊接數(shù)據(jù)包進(jìn)行焊接。

②在SMAW時(shí)，需要在母材坡口旁加蓋防火布，防止管道母材被飛濺損傷。

③為了控制焊接變形，確保不銹鋼管道焊接質(zhì)量，應(yīng)合理安排焊接順序，焊縫的起弧處和收弧處不得重疊。

④焊接時(shí)應(yīng)盡量采用低的熱輸入、窄焊道、短電弧的焊接方法，嚴(yán)格控制層間溫度低于100℃。

⑤每一道焊縫焊接過(guò)程中因各種因素導(dǎo)致焊接中斷，均需對(duì)焊渣、氣孔、飛濺等影響后續(xù)焊接的缺陷進(jìn)行清除，缺陷處理后應(yīng)保證平穩(wěn)過(guò)渡。

4.5 焊縫外觀檢查

厚壁不銹鋼管道焊接完成后只需采用機(jī)械打磨清楚焊縫表面缺陷，但應(yīng)保持焊縫原始狀態(tài)，焊縫的寬度、余高應(yīng)滿足相應(yīng)程序要求。使用相應(yīng)無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫進(jìn)行檢查。

5 結(jié)語(yǔ)

電站奧氏體不銹鋼管道工程較大，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大，且施焊環(huán)境較差，管道焊接質(zhì)量要高，焊接過(guò)程對(duì)焊工技能要求較高，另不銹鋼具有熱導(dǎo)率小、線脹系數(shù)大、電阻率大的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控過(guò)程中從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量把控，電站不銹鋼管道焊接具有良好的合格率，特別是厚壁不銹鋼管道，焊接射線檢驗(yàn)一次合格率接近100%。