石油天然氣建設(shè)工程的焊接質(zhì)量控制

解慶生，王健

（北京興油工程項(xiàng)目管理有限公司，北京100083）

1 焊接方法及應(yīng)用

石油天然氣設(shè)備及工藝管道、長輸管道的焊接均為熔化焊，焊接方法主要包括：焊條電弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊、熔化極氣體保護(hù)電弧焊（自動(dòng)焊）[1]。由于焊條電弧焊的使用靈活、方便、低成本，應(yīng)用廣泛應(yīng)用所有建設(shè)工程。鎢極氣體保護(hù)焊因成型好、少渣的優(yōu)點(diǎn)主要應(yīng)用于站場(chǎng)工藝管線的根焊。半自動(dòng)及自動(dòng)焊由于效率較高，主要應(yīng)用與長輸管道的焊接，也可應(yīng)用于站內(nèi)塔類、容器類殼體。

2 母材金屬材質(zhì)及主要用途

因長輸管道、站內(nèi)工藝管道、塔類、容器類設(shè)備絕大多數(shù)都是鋼制，本文只對(duì)鋼材進(jìn)行討論。鋼大致可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4 個(gè)類別。Ⅰ類鋼包括碳素鋼；Ⅱ類鋼指低合金高強(qiáng)度鋼；Ⅲ類鋼主要有鉻鉬鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼；Ⅳ類鋼主要為奧氏體鋼及奧氏體與鐵素體雙相鋼。石油天然氣建設(shè)工程主要使用的是Ⅱ類、Ⅲ類鋼中的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、耐熱鋼、低溫鋼和不銹鋼等。

碳素鋼主要分為普通碳素鋼與優(yōu)質(zhì)碳素鋼。普通碳素鋼主要牌號(hào)有：Q215、Q235、Q245R、Q275。主要用途為鋼結(jié)構(gòu)、管道支架、容器支座等結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，Q245R 可用于壓力容器的制造。優(yōu)質(zhì)碳素鋼因?yàn)槠涮砑恿宋⒘康暮辖鹪兀岣吡藦?qiáng)度和韌性，主要牌號(hào)有：Q295、Q345、Q420、20、20G、L415、L450、L485 等，L415、L450 為管線鋼（對(duì)應(yīng)API 標(biāo)準(zhǔn)的X60、X70），Q295、Q345、Q420 為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，20G 是鍋爐用鋼[2]。

合金高強(qiáng)度鋼因加入了合金元素，從而獲得特殊性能，如耐熱鋼、不銹鋼、低溫鋼等。

耐熱鋼在高溫條件下，具有抗氧化性和足夠的強(qiáng)度以及良好的耐熱性能。合金元素以鉻、鉬為主，總量一般不超過5%，牌號(hào)有12CrMo、12CrMoV、15CrMo 等，主要用于蒸汽管線，鍋爐鋼管等；不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低，大多數(shù)不銹鋼的含碳量均較低，最大不超過1.2%。主要合金元素是Cr（鉻），一般含量至少為10.5%，具有耐蝕性，還有一定的耐熱性。主要牌號(hào)有：06Cr19Ni10、06Cr19Ni11Ti，主要用途為耐酸管線、耐酸容器等；低溫鋼在0℃以下溫度范圍使用，仍具有良好韌性而不會(huì)發(fā)生冷脆現(xiàn)象。在LNG 液化廠、LNG 接受站等LNG 工程中，低溫壓力容器、閥門、鋼管在低溫（-165～-196℃）下仍能保持足夠的強(qiáng)度，廣泛采用9Ni 低溫鋼進(jìn)行制造。

3 焊接材料基本知識(shí)及選取

常用焊接材料分為手工焊條、埋弧焊焊絲、二氧化碳保護(hù)焊焊絲、氬弧焊焊絲等。由于焊接行業(yè)與國際的接軌，焊條標(biāo)準(zhǔn)也已采用與國際標(biāo)準(zhǔn)相同的牌號(hào)，而由于焊條生產(chǎn)商一直沿用根據(jù)舊焊條生產(chǎn)國家標(biāo)準(zhǔn)制定的廠標(biāo)和工業(yè)生產(chǎn)的焊條使用習(xí)慣，所以舊標(biāo)準(zhǔn)的焊條牌號(hào)沿用至今，按照焊條使用條件可以分為：結(jié)構(gòu)鋼焊條（J）、不銹鋼焊條（AG）、耐熱鋼焊條（R）、低溫鋼焊條（W）、鑄鐵焊條（Z）。

3.1 手工焊條與實(shí)心焊絲

焊條是在金屬焊芯外將涂料(藥皮)均勻、向心地壓涂在焊芯上。為了保證焊縫的質(zhì)量與性能，對(duì)焊芯中各金屬元素的含量都有嚴(yán)格的規(guī)定，特別是對(duì)有害雜質(zhì)（如硫、磷等)的含量，應(yīng)有嚴(yán)格的限制，并優(yōu)于母材。按照藥皮熔化后形成的熔渣氧化物比例K可分為堿性焊條與酸性焊條（K＞1.5 為堿性，K＜1.5為酸性，例如，牌號(hào)中J421、J422、J423、J424、J425 屬于酸性焊條，而J426、J427 為堿性低氫焊條。E4303 是酸性焊條，E4315是堿性焊條。合金鋼焊接選用焊條時(shí)，焊條不僅要適合合金鋼的用途，還應(yīng)考慮母材金屬材質(zhì)的主要合金元素，由于焊縫性能不能低于母材，故焊條熔敷金屬合金元素含量也不能低于母材合金元素含量。碳鋼、低合金鋼熔化極氣體保護(hù)焊、二氧化碳保護(hù)焊、氬弧焊焊絲的選用可參照GB/T 8110—2008《氣體保護(hù)焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》。

3.2 常見焊條型號(hào)的含義與應(yīng)用

E4303——熔敷金屬抗拉強(qiáng)度420MPa 焊接位置是全位置、藥皮類型是鈦鈣型、交直兩用焊接電源的焊條，相當(dāng)于焊條牌號(hào)的J422，應(yīng)用于一般強(qiáng)度等級(jí)的非重要結(jié)構(gòu)焊接，如Q235-AF、20。

E4315——熔敷金屬抗拉強(qiáng)度420MPa 焊接位置是全位置、藥皮類型是低氫鈉型、直流反接電源的焊條，相當(dāng)于焊條牌號(hào)的J427，應(yīng)用于一般強(qiáng)度等級(jí)的重要結(jié)構(gòu)焊接，如Q235-D、20G[3]。

4 焊接質(zhì)量控制一般程序與內(nèi)容

焊接質(zhì)量控制一般程序與內(nèi)容包括：線路或工藝管線、設(shè)備安裝施工方案審查→焊接工藝審核→焊工資格審核：發(fā)證機(jī)構(gòu)、有效期、批準(zhǔn)項(xiàng)目等→上崗考試→焊前檢查：焊材選用與管理、坡口、組對(duì)、錯(cuò)邊量、預(yù)熱→焊接過程中檢查：電流、電壓值、層間溫度等→外觀檢查：余高、錯(cuò)邊量、焊縫寬度等→無損檢測(cè)→焊后熱處理和硬度檢驗(yàn)（如需要）→下道工序。

4.1 焊工資格審核及管理

應(yīng)按TSG Z6002—2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》對(duì)批準(zhǔn)項(xiàng)目、有效期、焊工方法、鋼類別、焊接位置等重要信息對(duì)資格進(jìn)行審核。由于承壓類設(shè)備及管道的質(zhì)量安全責(zé)任重大，所以正式焊接前應(yīng)對(duì)焊工進(jìn)行上崗考試。

4.2 焊接工藝評(píng)定

利用所擬定的焊接工藝對(duì)試件進(jìn)行焊接，然后通過無損檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。凡符合要求的，評(píng)為合格，否則為不合格，必須重新擬定焊接工藝，再次評(píng)定。根據(jù)焊接工藝評(píng)定，制定相應(yīng)的焊接工藝規(guī)程，報(bào)送監(jiān)理、業(yè)主同意后，方可用于焊接作業(yè)。焊接工藝評(píng)定審查內(nèi)容主要包括：評(píng)定機(jī)構(gòu)的資質(zhì)和人員資格、焊材、工藝參數(shù)、前熱后熱要求、無損檢測(cè)結(jié)果、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果等。

5 建設(shè)工程焊接質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 焊接工藝

焊材、坡口形式與參數(shù)、組對(duì)參數(shù)（組對(duì)間隙、錯(cuò)邊量、直線度、垂直度、平面度，站內(nèi)工藝管線排管還須控制管道間隙偏差、端部偏差、垂直度偏差）、預(yù)熱、施焊工藝參數(shù)（電壓/電流值、層間溫度）、外觀檢查（蓋面外觀成形、錯(cuò)邊量、焊縫余高、焊縫寬度、外咬邊、焊渣飛濺）、后熱及焊后熱處理、硬度檢驗(yàn)。

5.2 無損檢測(cè)

無損檢測(cè)可為不合格焊縫的返修提供依據(jù)，對(duì)缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行原因分析，在焊接過程中加以控制，以提高焊接質(zhì)量。石油天然氣建設(shè)工程常用的無損檢測(cè)方法有RT、UT、TOLD、AUT/PAUT（長輸管道）、PT、MT。無損檢測(cè)方法的采用與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循設(shè)計(jì)文件。

6 結(jié)語

作為工程建設(shè)的管理者，了解、掌握了金屬材質(zhì)、焊接材料、焊接方法與工藝、焊工資格相關(guān)規(guī)定，再根據(jù)設(shè)計(jì)文件、建設(shè)工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、項(xiàng)目管理程序與經(jīng)驗(yàn)，把握質(zhì)量控制與管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是達(dá)到焊接質(zhì)量目標(biāo)的必由之路。