公用管廊工藝管道焊接施工工藝探討

來巍巍

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475000

某公用管廊工藝管道采用A335- P22 管道，該材料作為單相奧氏體組織，其耐腐蝕性能及耐高溫性能良好，但超厚管道焊接過程中受到焊接應(yīng)力、擴(kuò)散氫及淬硬組織的作用下容易出現(xiàn)冷裂紋。除此以外P22 耐熱鋼在焊接時還存在再熱裂紋、熱影響區(qū)的硬化等問題，由此造成一系列質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

1 焊接前準(zhǔn)備工作

1.1 焊接前開展技術(shù)交底

焊接技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場焊接實(shí)際情況，根據(jù)焊接工藝評定報告編制針對性強(qiáng)的焊接工藝卡以指導(dǎo)現(xiàn)場焊接施工，這樣才能為焊接施工時高質(zhì)量施工提供保障。除此以外，在焊接施工前，要對操作人員就技術(shù)及安全開展技術(shù)交底，將交底記錄詳細(xì)記錄下來。

1.2 焊接設(shè)備

所使用的焊接設(shè)備的工作狀態(tài)要良好，要具有較高安全性，要能顯示工藝參數(shù)，其工作容量應(yīng)滿足要求，設(shè)備的功能應(yīng)滿足焊接要求。焊接施工前，要全面檢查并測試焊接設(shè)備，確保設(shè)備不存在故障，經(jīng)測試合格后才能使用。由專業(yè)電工對焊機(jī)進(jìn)行接線，要求做好焊機(jī)外殼的接地處理，禁止焊工自行操作[1]。當(dāng)焊接過程中需要暫停作業(yè)時，禁止焊工在焊件上直接放置焊鉗。施工時要求根據(jù)銘牌上的額定負(fù)載持續(xù)率及額定電流使用。當(dāng)需要中斷作業(yè)或者完成作業(yè)后及時將焊機(jī)的電源切斷。

1.3 氣體規(guī)定

氬弧焊所使用的氬氣純度不能低于99.99%?；钚詺怏w保護(hù)自動焊混合氣所使用的二氧化碳?xì)怏w濃度不能低于99.99%，含水量要控制在0.005%以內(nèi)，要在進(jìn)行預(yù)熱及干燥后才能投入使用。當(dāng)氣瓶的氣壓低于0.98MPa 時需要停止使用。

1.4 焊接材料

焊接過程中所使用的焊接材料必須具有由廠商所提供的質(zhì)量說明書，不能低于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及材料制造標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。使用材料之前，需要由監(jiān)理及設(shè)計院開展檢查及驗(yàn)收。焊條的質(zhì)量需要滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，焊條的藥皮應(yīng)當(dāng)緊密包括焊芯，焊條的偏心度要滿足相關(guān)規(guī)定，目測檢驗(yàn)要求藥皮不能存在空洞、凸節(jié)、剝落、雜質(zhì)、氣泡及裂紋等質(zhì)量缺陷。焊絲應(yīng)密封、完好地包裝，其表面要潔凈、光滑，不能存在油污及其他贓物。手工鎢極氬弧焊所使用的鈰鎢極應(yīng)滿足焊接工藝評定的要求。

1.5 管道

采用機(jī)械加工的方法進(jìn)行耐熱鋼焊件的切口及坡口加工。將焊件墊牢固后才能進(jìn)行組對，不能出現(xiàn)強(qiáng)行組對的情況，要采取有效措施避免焊接及熱處理過程中焊件出現(xiàn)變形和產(chǎn)生附加應(yīng)力。

管道組對時，為了確保對口間隙可滿足要求，應(yīng)設(shè)置組對間隙片，間隙要大于焊絲的直徑。管件或管子組對時要確保內(nèi)壁齊平，內(nèi)壁的錯邊量不能超過0.5mm。管道的外壁差在2mm 以上或內(nèi)壁差在0.5mm 以上時，為了確保焊接質(zhì)量需要進(jìn)行修邊[2]。

1.6 焊接環(huán)境要求

當(dāng)面臨以下情況而沒有防護(hù)措施時，要停止焊接作業(yè)：第一，焊接表面存在霜降、表面潮濕、被冰雪覆蓋，下雪、大霧、下雨天氣；第二，焊接環(huán)境溫度不能滿足焊接所需要的溫度，或?qū)腹ず附釉斐捎绊?；第三，相對濕度超過90%；第四，氣體保護(hù)焊時，風(fēng)速超過2 米每秒；手工電弧焊時，風(fēng)速超過8m/ s。

2 焊接工藝

2.1 手工鎢極氬弧焊

手工鎢極氬弧焊時，焊工正確持槍，對噴嘴的高度及焊槍的角度進(jìn)行隨時調(diào)整，要求能同時確保保護(hù)效果及對熔池的觀察。打底焊時要求不能在焊接過程中停止，要求做到一步到位，對打底焊縫進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果合格后才能對蓋面進(jìn)行填充。送絲時要求均勻送絲，禁止在保護(hù)區(qū)內(nèi)攪動以免空氣被卷入。

氬弧焊槍可適當(dāng)橫向擺動以保證焊道寬度足夠，為坡口兩側(cè)的焊接質(zhì)量提供保障，但擺動時不能對熔池的保護(hù)效果造成破壞，擺動的幅度及頻率都要嚴(yán)格控制，完成打底焊的焊接后，在開始第二層的焊接時禁止燒穿打底焊的焊道，否則會造成背面劇烈氧化或焊道下凹。

打底焊和焊接填充層時需要重視對接頭質(zhì)量的控制，控制接頭質(zhì)量時，要求熔池貫穿至接頭底部，保證接頭部位的熔透效果；除此以外還要在原弧坑的后面重新引弧，讓焊縫重疊20～30mm，重疊部位僅加少量焊絲或不加焊絲。

收弧時操作不當(dāng)可引起弧坑裂紋或者弧坑深度過深而造成焊縫質(zhì)量降低，嚴(yán)重時還需要進(jìn)行返修。收弧的關(guān)鍵在于采取措施逐漸減少熱量的輸入，例如可通過拉長電弧、調(diào)整焊槍角度及加快速度等方法。封閉焊縫收弧時常用稍微拉長電弧的方法，焊縫重疊20～40mm，重疊部分可少加焊絲或不加焊絲。停弧后，氬氣需要延遲保護(hù)收弧部位10s 后關(guān)閉以免金屬在高溫下被氧化。

2.2 手工電弧焊

手工電弧焊操作過程中需要調(diào)節(jié)的是焊接電流，電弧電壓、焊接速度均為焊工控制，要根據(jù)焊道層次、焊接位置及焊條的直徑等合理選擇焊接電流，施焊時焊工結(jié)合實(shí)際對焊接電流進(jìn)行隨時調(diào)整。焊接過程中，焊工應(yīng)結(jié)合具體情況，以確保熔合效果、確保焊縫的外形及尺寸可滿足要求為前提，對焊接速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。電弧電壓直接影響著焊縫的寬度，一般而言焊接時要將電弧的長度控制為焊條直徑的0.5～1 倍。

3 焊后檢驗(yàn)

檢驗(yàn)焊縫的外觀時，采用肉眼、放大鏡對焊縫的性質(zhì)及缺陷進(jìn)行檢查，采用焊接檢驗(yàn)尺測量表面缺陷。檢查焊縫的外觀時，要求焊縫表面不存在補(bǔ)焊或加工的痕跡，其表面應(yīng)保持原始、光滑均勻，焊縫及熱影響區(qū)域不能存在夾渣、弧坑、氣孔、裂紋等缺陷，融化的金屬不能流道焊縫以外的母材上，焊道與母材之間的過渡要平緩。錯邊上，錯邊不能超過2mm。就寬度上，焊縫要焊出坡口邊緣1～2mm，寬度不超過3mm。焊縫不能存在未焊滿的情況。

當(dāng)焊縫沒有通過無損檢測及外觀檢查時，需要對焊縫進(jìn)行返修，按照原檢測方法對返修后的焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 管道焊接過程中出現(xiàn)的問題及原因

4.1 焊接缺陷情況

第一批焊接管道的焊口共計20 道，焊接管道及熱處理工作完成后采用射線檢測的方法檢測焊接質(zhì)量。結(jié)果顯示共計240 張X 線片中一次合格212 張，共計28 張不合格，一次焊接率88.33%，一次焊接率相對較低。統(tǒng)計分析不合格的點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)缺陷主要集中在裂紋、夾雜、氣孔上，除此以外還有少量未熔合、氣孔及其他問題。

該批次管道焊接不合格的缺陷主要為裂紋、夾雜、氣孔，其中裂紋問題是最為明顯的問題，要想提高管道焊接合格率就必須采取切實(shí)措施減少缺陷的產(chǎn)生。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)超過30mm 的管道是最容易出現(xiàn)裂紋的管道，裂紋主要集中在母材或融合線木材熱影響區(qū)，只有少數(shù)在焊縫上。

4.2 排查缺陷產(chǎn)生的原因

從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六大方面分析焊接缺陷產(chǎn)生的原因。焊工技術(shù)水平不高可能是造成焊接缺陷的產(chǎn)生原因，為此需要通過理論考試、實(shí)際操作的途徑確認(rèn)其專項(xiàng)技能可滿足要求，要求其焊工全部及格。

控制柜溫度控制不當(dāng)可引焊接后裂紋的產(chǎn)生，為此需要通過審核控制柜證書及現(xiàn)場確認(rèn)的方法確認(rèn)電加熱控制柜的溫度控制性能，是否能正常運(yùn)行，要求證書合格、有效，控制柜溫度控制正常，合格率100%。焊接時電流不穩(wěn)定可能引起焊接裂紋及氣孔的產(chǎn)生，為此采用施工時測量的方法來確認(rèn)負(fù)載時電流平穩(wěn)狀況，要求電流平穩(wěn)率100%。管道焊接過程中需要沖氬保護(hù)，氬氣純度不滿足要求則可造成氣孔產(chǎn)生，為此需要采用隨機(jī)抽樣的方法測定氬氣的純度，要求純度不低于99.99%。

焊條不規(guī)范使用可造成裂紋、氣孔及夾渣等缺陷，如焊條沒有烘干、焊絲清潔度不足都可造成焊接缺陷的產(chǎn)生，為此采用現(xiàn)場檢查外觀的方法確認(rèn)焊條及焊絲的質(zhì)量，要求焊條完全按照規(guī)范烘干，焊絲目測不能存在銹蝕。坡口打磨要求做到干凈，當(dāng)打磨不到位時則容易造成夾渣產(chǎn)生，對此需要采用現(xiàn)場測量比較的方法確認(rèn)坡口打磨質(zhì)量，要求坡口表面不能存在銹污，單邊打磨寬度不低于30mm，外露金屬光澤合格率100%。

焊接操作時焊條擺動幅度不合理、焊接分層不合理、層間厚度不合理可引起裂紋的產(chǎn)生，為此需要采用現(xiàn)場檢查的方法確認(rèn)焊接分層、分道、焊條擺動幅度是否滿足規(guī)范要求，要求單層焊接厚度在焊條的直徑以內(nèi)，焊接時焊條擺動的幅度在焊條直徑的3 倍以內(nèi)。坡口角度過小可引起裂紋產(chǎn)生，為此需要采用現(xiàn)場測量的方式確認(rèn)坡口角度，要求坡口角度完全滿足設(shè)計圖紙及規(guī)范的要求。焊接過程中空氣濕度較大可增加裂紋及氣孔的產(chǎn)生，為此需要采用實(shí)際測量的方法確認(rèn)空氣濕度，要求空氣濕度不超過90%。焊接施工時風(fēng)速過大可對焊接操作造成影響而引起氣孔產(chǎn)生，為此需要采用風(fēng)速儀測定焊接時現(xiàn)場風(fēng)速，要求氬弧焊時焊接風(fēng)速在每秒2m 以內(nèi)。

該管道的管壁厚度較大，需要較長時間完成焊接作業(yè)，焊接過程中要求電加熱控制柜連續(xù)工作，電弧也會增加焊口的溫度，這造成層間溫度難以全程維持在250～350℃區(qū)間內(nèi)，層間溫度控制不到位容易造成裂縫產(chǎn)生。為此需要采用施工時測量的方法定時測定焊口的溫度，要求焊口實(shí)際溫度全程維持在250～350℃區(qū)間內(nèi)。管件與管材內(nèi)口錯壁較多可造成氣孔、夾渣的產(chǎn)生，為此需要采用施工測量的方法測定單邊內(nèi)口錯壁情況，要求管道內(nèi)壁差是壁厚的10%且不能超過1mm，厚度不等時則要求內(nèi)壁差控制在1mm 以內(nèi)。

4.3 焊接缺陷產(chǎn)生的原因及對策

通過實(shí)際檢測，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷的產(chǎn)生主要原因包括在于：風(fēng)速大；焊條擺動幅度、焊接分層級層間厚度控制不到位；坡口角度過??；焊口層間溫度控制不到位。

針對由于風(fēng)速引起的焊接缺陷，需要搭設(shè)防風(fēng)棚，做好對風(fēng)速的檢測，要求焊接作業(yè)點(diǎn)的風(fēng)速不超過2m/ s。針對焊條擺動幅度、焊接分層級層間厚度控制不到位造成的缺陷，需要由專人就焊接速度、焊接電流等技術(shù)要點(diǎn)對焊接人員開展技術(shù)交底。針對坡口角度過小造成的焊接缺陷，由專人檢查坡口加工現(xiàn)場中的坡口加工質(zhì)量，要求操作人員提高測量頻率，及時調(diào)整加工刀具的角度，進(jìn)而為加工坡口的角度提供保障。針對焊口層間溫度控制不到位引起的焊接質(zhì)量缺陷，提高溫度檢測頻率，從原本的每小時1 次提高為每小時2 次；安排專人對溫度控制工作負(fù)責(zé)以免由于預(yù)熱溫度不合理造成焊接質(zhì)量差；夜間停焊階段，采用自動控制系統(tǒng)全程維持焊口溫度介于250～300℃區(qū)間內(nèi)。

經(jīng)整改后再次統(tǒng)計分析焊口探傷檢測結(jié)果，無損檢測底片共計220 張，一次合格216 張，不合格4 張，一次合格率98.18%。

5 結(jié)語

管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級的提高，管徑和壁厚的增大,管道運(yùn)行壓力的增高,這些都對公用管廊工藝管道環(huán)焊接頭的性能要求更高, 這就需要研發(fā)高質(zhì)量的焊接材料和高效率的焊接方法與之匹配。