壓力管道氬弧焊氣孔產(chǎn)生的問題分析及預防措施

李成超* 李 強 張 勇

（泰安市特種設備檢驗研究院）

0 前言

壓力管道是具有較大危險性的特種設備，常用于輸送易燃、易爆、有毒介質(zhì)，在生產(chǎn)、生活中被廣泛使用，其一旦發(fā)生事故會造成較大人員傷亡及重大經(jīng)濟損失。因此，確保壓力管道安全運行，對于保障人民的生命、財產(chǎn)安全具有重要意義[1]。

氬弧焊是以惰性氣體氬氣作為保護氣體的一種電弧焊方法，焊接時鎢極、熔池、填充焊絲端部、鄰近區(qū)域都處在氬氣保護區(qū)中，從而提高焊接質(zhì)量。氬弧焊適用于焊接各種材質(zhì)的鋼材、有色金屬及合金等，并且適用于焊接各種位置。壓力管道采用氬弧焊焊接方法，可實現(xiàn)焊縫的單面焊雙面成形，保證焊縫根部焊透。因此，近年來在重大壓力管道安裝工程中，尤其輸送易燃、易爆、有毒介質(zhì)的壓力管道均采用氬弧焊焊接或氬弧焊打底手工蓋面的焊接方法。由于氬弧焊焊接過程對防風要求較高，對水、油污及鐵銹非常敏感，對氣體的純度、坡口清理狀況、焊接工藝等均有嚴格的要求，焊后焊縫中易產(chǎn)生氣孔缺陷。氣孔會降低焊接接頭的機械性能，導致應力集中，造成脆性破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。本文闡述了在天然氣管道安裝工程中采用氬弧焊焊接過程，焊后焊縫中產(chǎn)生大量氣孔缺陷，根據(jù)氣孔的特點及危害性，結合施焊環(huán)境，對氣孔產(chǎn)生的原因進行分析，并根據(jù)相應的標準、規(guī)范提出對應的預防措施[2]。

1 基本情況

對新安裝的埋地天然氣管道進行安裝安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗時發(fā)現(xiàn)：采用氬弧焊焊接的158 條焊縫中有148 條焊縫存在氣孔缺陷，其中有13 條焊縫中的氣孔缺陷直徑大于管道壁厚一半的超標缺陷，根據(jù)相應的標準規(guī)范需要做返修處理。檢驗人員根據(jù)氣孔的特點及危害性，結合施焊環(huán)境，分析了氣孔缺陷產(chǎn)生的原因，對安裝單位提出了具體的預防措施，安裝單位對13 條焊縫進行返修后未發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷。

2 氣孔的特點及危害性

氣孔是由于焊接熔池在高溫時吸收了較多的氣體，冷卻時氣體又來不及逸出，最后殘留在焊縫金屬內(nèi)部而形成的。熔池吸收的氣體大部分來自大氣，還有部分氣體來源于焊絲和母材上的油、鐵銹等雜物受熱分解產(chǎn)生的氣體以及各種冶金反應產(chǎn)生的氣體。氣孔有球形、橢圓形、條蟲形、旋風形等形狀，存在形態(tài)包括單個氣孔、密集氣孔、連續(xù)氣孔，常分布在焊縫的內(nèi)部或外部位置。

氣孔的危害性主要表現(xiàn)為以下幾個方面。氣孔缺陷是一種體積形缺陷，氣孔占據(jù)了焊縫金屬一定的體積，使焊縫的有效工作截面面積減小，導致焊縫的力學性能降低，尤其是焊縫的彎曲和沖擊強度等塑性指標降低；氣孔可能造成應力集中，甚至成為焊縫裂紋源；由于氣孔缺陷超標造成返修次數(shù)增多，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加成本[3]。

3 產(chǎn)生氣孔的原因分析

該天然氣管道為埋地管道，輸送的介質(zhì)屬性為易燃、易爆，采用的焊接方法為全氬弧焊焊接，施焊條件為焊工在地溝中施焊，施工單位為趕進度沒有按照相關標準規(guī)程及焊接工藝進行施工，產(chǎn)生氣孔的原因主要為以下幾點。

（1）施工過程中未設置焊接材料庫，不能保證焊接材料存儲時保持了適宜的溫度及濕度。

（2）未建立焊接材料的保管、烘干、發(fā)放和回收管理制度。

（3）焊接設備的電流表、電壓表等參數(shù)調(diào)節(jié)裝置未定期檢測，無法保證焊接電流穩(wěn)定性，電弧不穩(wěn)定會擾亂氣流，導致保護效果變差。

（4）存在下雨施焊現(xiàn)象，在雨天施焊過程中，焊工及焊件未設置保護措施。

（5）工期過短，焊工沒有按照相關標準規(guī)程及焊接工藝評定進行施焊，不能保證焊接時維持了合適的氬氣流量和焊接速度。

（6）焊絲表面存在油污、水、鐵銹等雜物，會使焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔。

（7）雨天風速過大會使保護層形成紊流，造成保護效果不佳的狀況。

4 預防措施

根據(jù)氣孔的特點及危害性，結合施焊環(huán)境分析氣孔產(chǎn)生的原因，并根據(jù)相應的標準、規(guī)范提出了以下幾點預防措施。

（1）施焊前應設置焊接材料庫，焊接材料應按設計文件和相關的標準規(guī)定進行檢查和驗收，并應具有包裝標記和對應的質(zhì)量證明文件。

（2）建立焊接材料的保管、烘干、發(fā)放和回收管理制度，焊接材料的儲存應保持適宜的溫度及濕度，焊接材料庫應保持干燥、清潔，室內(nèi)的相對濕度不應超過60%。

（3）焊接設備的電流表、電壓表等參數(shù)調(diào)節(jié)裝置應當定期檢測，保證焊接電流穩(wěn)定。

（4）對于特殊環(huán)境（如下雨、刮風、下雪等特殊天氣），施焊過程中應設置保護措施。

（5）焊接人員應嚴格按照相關標準規(guī)程及焊接工藝評定進行施焊，保證合適的氬氣流量和焊接速度。

（6）在施焊前及時清除焊絲表面油污、水、鐵銹等雜物[4]。

5 結論

壓力管道采用氬弧焊焊接時焊縫中產(chǎn)生氣孔的原因很多，但是只要了解氣孔的特點及危害性，并根據(jù)施焊環(huán)境逐一分析其影響因素，就可以有效避免產(chǎn)生氣孔缺陷的不利因素，這樣既降低了返修頻率，節(jié)約了施工成本，提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，也保障了壓力管道安全運行。