低壓碳鋼管道焊修工藝研究

摘要：管道輸送的優(yōu)點(diǎn)是損耗少、占地少、污染低、運(yùn)輸成本低廉，各行各業(yè)得以廣泛地應(yīng)用，尤其是低壓液體介質(zhì)采用管道輸送流量大、輸送速度快和危險(xiǎn)性低等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于市政基礎(chǔ)設(shè)施，最為常見的是給水和熱力管道，這些管道絕大部分是低壓低碳鋼管道，使用時(shí)壓力低、危險(xiǎn)危害性小，往往忽略了施工工藝或焊修工藝，導(dǎo)致管道使用壽命縮短或故障頻發(fā)，直接影響用戶的使用和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文對(duì)低壓管道的焊修工藝重新進(jìn)行系統(tǒng)地研究，得出與低壓管道焊修相匹配的焊修工藝措施與方案。使管道焊修后能夠極大地提升焊接質(zhì)量和降低返修次數(shù)，實(shí)現(xiàn)管道安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的目的。

關(guān)鍵詞：管道焊接;焊接應(yīng)力;熱處理、焊接工藝

引言

焊接工藝是最為常見的金屬熱加工工藝，尤其是在工業(yè)制造業(yè)和機(jī)械設(shè)備檢修業(yè)中具有特別重要的地位。在實(shí)際實(shí)施過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴牧?、工藝、以及作業(yè)技能和作業(yè)環(huán)境的影響，在管道焊修過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的焊接缺陷，這些缺陷會(huì)影響管道的安全性和可靠性。因此在管道安裝或檢修焊接作業(yè)過程中，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷并根據(jù)缺陷的情況，提出相應(yīng)的解決辦法，同時(shí)嚴(yán)格實(shí)施工藝措施，才能夠保障管道的質(zhì)量與使用壽命。

管道焊修常見問題概述

影響管道焊接質(zhì)量的因素多種多樣，主要有管道布局、焊縫位置和間距、母材和焊條的質(zhì)量、焊接后熱處理質(zhì)量、焊接設(shè)備性能、工藝參數(shù)指定、工藝規(guī)程、焊接技能以及作業(yè)環(huán)境等。因此在管道的安裝和后期的返修過程中不僅僅要考慮焊接缺陷類型，還需要考慮產(chǎn)生該種缺陷的因素，繼而提出更加合理的返修焊接工藝。

低壓碳鋼管道焊修工藝研究

2.1嚴(yán)格實(shí)施管道單面焊雙面成形工藝

單面焊雙面成形是指，焊接時(shí)操作者置于焊件的一面，使焊縫的正面與背面都成形的一種焊接工藝，適用于焊縫強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度的焊接，此種焊接工藝用于承重與承壓金屬材料焊接作業(yè)，要求較為嚴(yán)格，并且應(yīng)用也是最為普遍，尤其是管道作業(yè)此類焊接的焊工必須得進(jìn)過專門的培訓(xùn)。從理論上熟知焊縫未焊透和焊縫背面未成形的缺陷：未焊透的焊縫厚度小于母材的厚度即焊縫的強(qiáng)度亦低于母材的強(qiáng)度是焊縫后期失效的主要原因之一，施焊時(shí)必須焊透保證焊縫的強(qiáng)度略大于母材的強(qiáng)度;背面成形是焊縫的背面成形的狀況，背面成形不良會(huì)增加焊縫的焊接應(yīng)力，影響焊縫的承載力。焊縫背面的高度值0≥h≤1㎜，正面高度值0≤h≥2㎜，由此可見對(duì)焊縫正背面高度值要求的嚴(yán)謹(jǐn);若是管道焊接背面成形不良造成整體超高使環(huán)形焊縫的截面積減小影響管道的流量，小徑管道尤為明顯。因此焊接過程中要熟練掌握單面焊雙面成形的要領(lǐng)與技能，時(shí)常以試件的形式對(duì)其焊接技能和焊接質(zhì)量進(jìn)行考核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作技能的穩(wěn)定性與可靠性。所以遵循單面焊雙面成形工藝的前提是，操作者的職業(yè)素養(yǎng)和技能水準(zhǔn)決定的主要因素。

2.2對(duì)焊口處進(jìn)行機(jī)械加工保持熔池金屬的純潔度

低碳鋼焊接時(shí)一般采用酸性焊條，這類焊條對(duì)焊縫區(qū)域內(nèi)的水分、鐵銹、油污等物不敏感，同時(shí)產(chǎn)生氣孔之類的焊接缺陷概率小，就是因?yàn)榫哂羞@些工藝優(yōu)點(diǎn)很多人忽略了金屬的焊接熔池冶金過程。在熱源的作用下母材表面先形成熔池然后再將焊材金屬融化與母材金屬融合在一起形成焊縫金屬。如果對(duì)焊縫區(qū)域污物不進(jìn)行清理這些污物就直接參與母材和焊材的冶金反應(yīng)，這些污物對(duì)焊接冶金都是產(chǎn)生負(fù)面因素的物質(zhì)，例如油污和水分在熔池來不及溢出便形成各種類型的氣孔，其他硬質(zhì)污物融于熔池亦可形成夾渣等;特別是低碳鋼氧乙炔氣割熔渣，其主要成分是四氧化三鐵（Fe3O4），焊接時(shí)是完全可以融入于碳鋼中的物質(zhì)，融入后碳鋼的性能徹底產(chǎn)生變化其強(qiáng)度、塑性、韌性全部降低，是導(dǎo)致焊縫壽命縮短的重要因素之一;再?gòu)奈⒂^冶金角度分析，金屬的特性是由金屬的主要成分加上一部分有益元素構(gòu)成特有的金屬材料性能，若參雜這么多的有害物質(zhì)，勢(shì)必金屬的基本組成元素產(chǎn)生變化、金屬的晶格結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生變化，致使焊縫焊縫金屬及其性能產(chǎn)生變化。由此可以得出，焊縫的焊接區(qū)域在施焊前必須采用機(jī)械方式進(jìn)行坡口及坡口的周圍的修磨與清理，保證坡口的潔凈，是保障焊接熔池純凈的前提，是保障焊接質(zhì)量的根源。

2.3對(duì)焊道進(jìn)行合理布局防止焊接殘余應(yīng)力過分集中。

焊接時(shí)，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，從而其產(chǎn)生不均勻的膨脹，高溫區(qū)的膨脹受低溫區(qū)的限制，導(dǎo)致焊件焊后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力和殘余變形。焊接與焊接應(yīng)力是一對(duì)孿生兄弟，焊接產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力的大小取決于焊接厚度、尺寸、焊接順序、焊接線能量等等因素，焊接殘余應(yīng)力集中輕則可使焊件產(chǎn)生變形，重則可使焊縫失效。面對(duì)如此嚴(yán)重的焊接危害，缺乏焊接理論知識(shí)的操作者，往往把焊縫加厚、焊縫重疊、焊縫相交、焊縫密集等誤認(rèn)為是焊縫強(qiáng)度增加，殊不知其焊接應(yīng)力內(nèi)在的危害和后果。以發(fā)生泄漏管道為例，泄漏往往產(chǎn)生在管道相互交叉連接處，這些部位管道的管徑各異、三通、彎頭相互交織，是各個(gè)方向的管道在此進(jìn)行“碰頭”處，是焊縫最為密集的區(qū)域，加之管道直徑各異、管道長(zhǎng)度不同、受力方向各異，便是焊接應(yīng)力最為集中區(qū)域，因此該區(qū)域發(fā)生故障的概率最為頻繁，降低故障的主要有效措施是減小焊接殘余應(yīng)力即，減少焊縫數(shù)量和控制焊縫間距。焊縫與焊縫的間距焊遵循：大于管徑的1.5倍且不得小于150㎜，遵循這一數(shù)值要求可以極大地降低或抵消焊接應(yīng)力，不至于因?yàn)楹缚p密集而造成焊接應(yīng)力集中產(chǎn)生焊縫開裂。因此管道在焊修時(shí)，應(yīng)合理布局焊道、采用對(duì)稱焊法、控制焊縫余高、錘擊焊道、焊后回火等一系列手段來消除焊接應(yīng)力，讓焊縫的應(yīng)力盡可能的減小，或處于松弛狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)焊縫的“長(zhǎng)治久安”。

2.4對(duì)焊縫進(jìn)行簡(jiǎn)單熱處理

低碳鋼焊接時(shí)環(huán)境溫度低于0°C時(shí)，應(yīng)對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度80-100°C，其主要目的是防止焊接時(shí)產(chǎn)生過冷度，金屬材料在結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生馬氏體組織，同時(shí)硬度與脆性增加塑性與韌性下降，是低碳鋼焊縫最為不利的因素。所以根據(jù)施焊管道所處的的具體情況和實(shí)際作業(yè)環(huán)境，進(jìn)行預(yù)熱或緩冷措施對(duì)焊縫實(shí)施簡(jiǎn)單的熱處理工藝，減少產(chǎn)生故障的概率，也可增加焊縫壽命。

三、制定與實(shí)施焊修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

低壓碳鋼管道的焊接，為了確保焊接質(zhì)量應(yīng)具有相應(yīng)的監(jiān)督、檢驗(yàn)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)做到有章可循，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，必須做到以下幾點(diǎn)：

焊修作業(yè)開始前制定技術(shù)方案，做到有章可循。

對(duì)焊道進(jìn)行分析與評(píng)估，制定焊修措施。

焊縫布置應(yīng)遵循，大于管徑的1.5倍且不得小于150㎜。

焊縫焊接區(qū)域應(yīng)采用機(jī)械方式進(jìn)行污物處理，保障坡口和焊接區(qū)域的清潔度。

焊縫點(diǎn)固是應(yīng)充分考慮變形量，決定點(diǎn)固的數(shù)量與長(zhǎng)度。

焊接時(shí)合理選用焊材和焊接參數(shù)，并實(shí)施錘擊焊道法消除焊接應(yīng)力。

焊后做到讓焊縫緩慢冷卻。

對(duì)焊縫實(shí)施全過程跟蹤與監(jiān)督，實(shí)行外觀檢驗(yàn)成形寬窄均勻余高≤2㎜，表面無弧坑、夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷。

結(jié)束語

低壓碳鋼管道修焊是為最常見的檢修作業(yè)，隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，焊接質(zhì)量也得到了極大的提升。但是在實(shí)際作業(yè)中會(huì)受到各種工藝的影響，針對(duì)這些問題需要制定相應(yīng)的克服措施，用科學(xué)的方法進(jìn)行分析發(fā)生故障內(nèi)在的原因，再用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行徹底的修復(fù)，達(dá)到管道焊縫本質(zhì)上的安全與可靠。采用以上的焊修工藝進(jìn)行管道焊修作業(yè)，能夠滿足管道的技術(shù)要求，確保管道使用壽命，還能夠?qū)崿F(xiàn)管道安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行。

①作者簡(jiǎn)介：王元平（1971─），高級(jí)技師。國(guó)家能源準(zhǔn)能集團(tuán)焊工技能大師，主要從事焊工技術(shù)及焊接工藝和焊接質(zhì)量方面的研究。

[1] 趙芳. 熱力管道焊接裂紋產(chǎn)生原因分析及修復(fù)工藝[J]. 河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2018（2）.