管線(xiàn)焊接工藝技術(shù)分析

楊彪

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

隨著石油與天然氣的廣泛開(kāi)發(fā)運(yùn)用，同時(shí)在社會(huì)高速發(fā)展的背景下，開(kāi)始對(duì)管線(xiàn)有了更高的需求， 并且管線(xiàn)焊接質(zhì)量的重要意義也愈發(fā)明顯。 不過(guò)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)焊接技術(shù)下的管線(xiàn)質(zhì)量以及工作效率已經(jīng)無(wú)法有效滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展需求，因此分析管線(xiàn)焊接工藝技術(shù)對(duì)于提升其整體施工質(zhì)量而言具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 管道焊接工藝技術(shù)類(lèi)型

1.1 氬弧焊

這是使用工業(yè)鎢或者是活性鎢作為不熔化電極，將氬氣這一惰性氣體充當(dāng)保護(hù)氣而實(shí)行焊接的一種方式，又可稱(chēng)為T(mén)IG。通過(guò)利用鎢電極和焊件中形成的電弧，對(duì)熔化母材實(shí)行加熱處理以此達(dá)成焊接目的。 氬氣的主要作用在于，保護(hù)焊縫金屬以及鎢電極焰池，使氣在電弧加熱時(shí)不會(huì)與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。 此焊接技術(shù)的特點(diǎn)如下：1）可以使用的范圍較廣，除了熔點(diǎn)極低的鋁錫材料以外，大部分金屬以及合金材料均能使用此技術(shù)實(shí)行焊接；2）交流氬弧焊能夠用于化學(xué)性質(zhì)較為活躍以及容易構(gòu)成氧化膜的鋁、鋁鎂合金材料的焊接之中；3）在焊接施工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生焊渣、飛濺等情況，環(huán)保性與安全性都較強(qiáng)；4）可以實(shí)行全方位焊接，利用脈沖氬弧焊能夠降低熱輸入，比較之和焊接厚度為0.1mm 的不銹鋼材料；5）電弧溫度較高、熱輸入相對(duì)較低、速率快、熱影響范圍窄、焊接變形不明顯；6）填充金屬與添加量不會(huì)受到來(lái)自焊接電流的影響[1]。

1.2 手弧焊

所謂的手弧焊即為手工電弧焊，是一種利用焊鉗夾緊焊條實(shí)行焊接操作的方式。 其主要借助焊條和工件之間構(gòu)成的穩(wěn)定燃燒的電弧，使得焊條與工件得以受熱融化，進(jìn)而得到連接緊密的焊接接口。 在實(shí)行焊接施工時(shí)，焊條藥皮涂層會(huì)持續(xù)進(jìn)行分解與熔化，以此產(chǎn)生氣體與熔渣，從而對(duì)焊條端口位置、 電弧熔池與周?chē)课患右员Ｗo(hù)，以此避免熔化的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)焊條芯棒也會(huì)在電弧的作用之下慢慢熔化，流入至熔池之中，成為焊縫填充金屬。 還可以在焊條藥皮涂層之中摻加合金粉末，以此來(lái)提升焊縫的物理性能。

1.3 二氧化碳焊

二氧化碳電弧焊屬于一種工作效率相對(duì)較高的焊接方式， 其將二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣，拼接焊絲和焊件之間的電弧來(lái)使得金屬融化。 此種焊接方式往往使用焊絲自動(dòng)送絲，敷化金屬量比較大，而且工作效率非常高，焊接質(zhì)量也十分穩(wěn)定。所以，在國(guó)內(nèi)與國(guó)外都備受青睞。相較于其他類(lèi)型的電弧焊，該種技術(shù)具有下述特征：1）工作效率更高。 二氧化碳電弧焊具有極強(qiáng)的穿透力，而且熔深非常大，焊絲熔化率比較高，因此熔敷速率快，相較于手弧焊而言其工作效率甚至可達(dá)到其三倍以上；2）焊接成本低。 二氧化碳電弧焊的成本相較于埋弧焊與手弧焊而言，僅僅只達(dá)到其40%～50%；3）耗用能量低。 將二氧化碳電弧焊與藥皮焊條進(jìn)行對(duì)比，一同焊接厚度為3mm 的對(duì)接鋼板時(shí)，每米焊縫的用電量要少用30%，而在進(jìn)行厚度為25mm 的鋼板對(duì)接焊接時(shí)， 用電量可以減少60%；4)使用范圍較廣。不管是對(duì)于哪一部位，均能應(yīng)用此焊接技術(shù)，最低可以進(jìn)行厚度為1mm 的薄板焊接，而對(duì)于厚板焊接則在厚度上沒(méi)有限制（可以使用多層焊）。 并且，焊接速率較快，發(fā)生的變形程度較低[2]；5）焊縫抗銹性能較佳，而且還具有較高的低抗裂性；6）焊接之后需要進(jìn)行清渣處理，引弧操作方便進(jìn)行監(jiān)控，有助于達(dá)成焊接施工的機(jī)械化與自動(dòng)化。

2 管道的焊接工藝流程

2.1 焊接中坡口的加工與處理

目前，國(guó)內(nèi)管道焊接均利用氧氣乙炔或等離子弧來(lái)進(jìn)行加熱， 從而確保焊接質(zhì)量符合要求。焊接前對(duì)于焊縫周?chē)?0mm 的范圍需要進(jìn)行清理；待到焊接操作結(jié)束之后，需要立即清理干凈坡口部位的飛濺、熔渣以及氧化皮等雜物。 另外，還要求利用銼刀來(lái)對(duì)焊縫周?chē)黄秸牟课患右源蚰ィ乐挂驗(yàn)槭芰Σ痪沟脩?yīng)力過(guò)于集中。

2.2 管道定位

管道坡口在經(jīng)過(guò)加工以及清理干凈以后，需要對(duì)管道實(shí)行組對(duì)，對(duì)管道實(shí)行組對(duì)和定位的主要作用在于確保焊接質(zhì)量，以免連接構(gòu)件存在不均勻、錯(cuò)臺(tái)等各種質(zhì)量問(wèn)題。 由于在坡口不均勻、對(duì)接空隙與鈍邊大小都不合格的狀況下，非常容易引起連接位置出現(xiàn)焊瘤、沒(méi)有焊透或是向內(nèi)凹陷等問(wèn)題，因此，在實(shí)行管道定位之時(shí)需要確保管道兩端內(nèi)壁對(duì)應(yīng)齊整，內(nèi)壁錯(cuò)邊不可高于內(nèi)壁管徑的10%，也不得高于5mm，若是兩端壁厚不一致，而且不得不進(jìn)行連接的狀況，需要對(duì)不平整的一端實(shí)行打磨處理。 在定位連接過(guò)程中，需要先把兩端管道固定牢固，而且要采取有效措施避免兩端管道在焊接施工期間因?yàn)槭軣岫l(fā)生不均勻變形的問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)焊接質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面影響。 在焊接過(guò)程中，還需要對(duì)不同焊接位置采取同一種焊接工藝技術(shù)， 并安排專(zhuān)業(yè)技能過(guò)關(guān)、具有上崗資格證的焊工來(lái)負(fù)責(zé)焊接操作[3]。

2.3 焊接施工

在進(jìn)行管線(xiàn)焊接前，需要將坡口加工成V 型坡口， 其后使用角磨機(jī)對(duì)管線(xiàn)兩端加以除銹處理，在外對(duì)口器管線(xiàn)組對(duì)結(jié)束之后，還要使用電加熱設(shè)備實(shí)行預(yù)熱， 待到溫度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)之后，以此實(shí)行根焊，這一操作首先要保障的是焊縫均勻，不可發(fā)生焊穿的問(wèn)題。 在進(jìn)行組對(duì)焊接施工時(shí)，需要用對(duì)口器把焊接管口加以固定。 應(yīng)當(dāng)使得根部焊接長(zhǎng)度高于管周長(zhǎng)的二分之一，其后再將外對(duì)口器予以撤除。 另外，根部焊道需要均勻的設(shè)置在管口周邊。 在施工操作時(shí)，還需要對(duì)管口組對(duì)錯(cuò)邊量加以檢查，調(diào)整好管口組對(duì)的縫隙與焊接縫隙的寬度。

2.4 焊縫檢測(cè)

2.4.1 外觀檢測(cè)

1）焊縫與母材二者間的過(guò)渡應(yīng)當(dāng)足夠圓滑，焊縫表部不得存在缺陷，例如:氣孔、裂縫、焊渣等，在檢查發(fā)現(xiàn)缺陷之時(shí)，需要依照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加以及時(shí)處理。

2）焊縫余高不可高于3mm，并且其寬度相較于坡口部位的增寬不得大于4mm，也就是每一側(cè)增寬不可大于2mm。

3）焊縫咬邊深度需要把控在0.5mm 之內(nèi)，而且兩端咬邊總長(zhǎng)度不得大于焊縫總長(zhǎng)度的20%，并且也不得低于40mm。

4）在焊縫外觀與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不相符的情況下，需要立刻對(duì)其進(jìn)行返修處理直至合格，否則不得開(kāi)展后續(xù)工作[4]。

2.4.2 探傷檢測(cè)

當(dāng)焊口焊接完畢之后，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行射線(xiàn)檢測(cè)，檢測(cè)之時(shí)的探傷級(jí)別需要依照行業(yè)規(guī)范予以決定。 在施工現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)工作人員，需要對(duì)檢測(cè)結(jié)果予以評(píng)判分析評(píng)片等級(jí)，以此判定其合格與否，同時(shí)還要正確、詳細(xì)的記錄檢測(cè)結(jié)果，以便后期隨時(shí)調(diào)用查閱。

3 焊接質(zhì)量的主要缺陷

3.1 裂紋

焊接施工中，如果金屬破裂便會(huì)形成裂紋，這類(lèi)缺陷通常是在接頭處形成的，接頭處存在空隙，未能充分融合，便會(huì)形成裂紋。 比較常見(jiàn)的裂紋主要包括液化、延遲與結(jié)晶三種。 焊接過(guò)程中，由于局部溫度相對(duì)比較高，因此當(dāng)焊接結(jié)束之后，局部溫度會(huì)慢慢冷卻， 若是在焊接期間未能?chē)?yán)格依照規(guī)定要求開(kāi)展作業(yè)，就極易產(chǎn)生結(jié)晶；液化裂紋通常是在焊接結(jié)束之后經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間之后才會(huì)形成；因?yàn)榱鸭y存在延展性，因此當(dāng)焊接結(jié)束后也可能會(huì)形成延遲裂紋， 并且裂紋會(huì)在這一基礎(chǔ)之上持續(xù)擴(kuò)大，從而給管道的使用安全帶來(lái)威脅。

3.2 未焊透

在進(jìn)行管道焊接過(guò)程中， 未焊透屬于十分常見(jiàn)的一種缺陷類(lèi)型， 導(dǎo)致此缺陷發(fā)生的主要原因有以下幾種：1）因?yàn)楣艿辣砻媲鍧嵾^(guò)度，從而產(chǎn)生了溝槽，在進(jìn)行焊接時(shí)不易焊透；2）坡口加工質(zhì)量不合格，角度太小、鈍邊太厚或者是間隙太小等；3）在焊接期間，工作人員沒(méi)有嚴(yán)格依照焊接工藝規(guī)程實(shí)行操作，使得在實(shí)行電焊操作時(shí)電流過(guò)小，進(jìn)而使得熔深太淺；4）磁偏吹影響；5）焊接速度過(guò)快；6） 焊件的散熱速度過(guò)快， 使熔池存在的時(shí)間短，以致填充金屬與母材之間未能充分融合。

4 管道焊接的質(zhì)量控制

4.1 在執(zhí)行焊接操作前的準(zhǔn)備工作

4.1.1 對(duì)于焊口的檢查與處理

根據(jù)施工圖紙來(lái)對(duì)焊件坡口角度尺寸與形狀實(shí)行檢查，主要檢查內(nèi)容有工藝技術(shù)類(lèi)型、管口形狀有否存在橢圓度不合格等問(wèn)題。 維持施工面的干凈清潔，以免出現(xiàn)鱗狀現(xiàn)象。需要把焊接表面油漬、磨損等加以充分清理，特別是坡口內(nèi)側(cè)，應(yīng)當(dāng)清理至顯現(xiàn)出金屬光澤， 不然對(duì)焊接質(zhì)量造成直接影響。并且還應(yīng)當(dāng)注重對(duì)于管口的清理。若是在實(shí)行焊接施工時(shí)，間隙太小，則極易出現(xiàn)根部熔化不充分的狀況；若是間隙太大，則容易發(fā)生燒穿的狀況，導(dǎo)致內(nèi)部形成焊接瘤。配件或管道組對(duì)時(shí)需優(yōu)先考慮對(duì)口器進(jìn)行組對(duì)，且組對(duì)后誤差小。

4.1.2 焊接前的預(yù)熱處理

根據(jù)有關(guān)工藝技術(shù)操作規(guī)范，對(duì)管口實(shí)行預(yù)熱，確保溫度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。 預(yù)熱能夠防止焊接期間產(chǎn)生裂紋或是低溫狀態(tài)下的脆化與裂變；預(yù)熱能夠有效增加冷卻時(shí)間，從而確保焊接口部位的溫度得以緩慢降低，以此避免形成輕質(zhì)裂紋[5]。

4.2 提高工作人員專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)

盡管當(dāng)前國(guó)內(nèi)焊接工作相較以往已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，不過(guò)依舊有部分公司的焊工專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握不全面，不了解先進(jìn)的焊接工藝技術(shù)，并且無(wú)法嚴(yán)格按照各項(xiàng)規(guī)章制度實(shí)行施工操作。 為此，各個(gè)公司都需要注重對(duì)于焊工的培訓(xùn)與教育，定期對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技能考核， 以此有效提升焊工的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力水平， 并在日常工作中更加注重對(duì)于焊接質(zhì)量的控制。 檢查人員還需要提升全體職工的責(zé)任意識(shí)， 對(duì)于焊接操作過(guò)程與結(jié)果加以仔細(xì)檢查，保證焊接施工的安全、有序開(kāi)展[6]。

4.3 建立健全規(guī)章制度

焊接相關(guān)的規(guī)章制度還不夠健全，基于此種狀況，需要按照國(guó)內(nèi)管道工業(yè)發(fā)展現(xiàn)況制定一系列完善的國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 并且，每一公司都需要依照國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展施工作業(yè)，在公司內(nèi)部創(chuàng)建科學(xué)合理的管理激勵(lì)機(jī)制，確保職工能夠在焊接工作中以嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的態(tài)度做事。 并且，設(shè)計(jì)人員還需要按照工程要求設(shè)計(jì)合理的施工圖紙，按照實(shí)際施工中發(fā)生的問(wèn)題予以修正與調(diào)整，確保管道焊接質(zhì)量以及現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全，以此保障公司的經(jīng)濟(jì)效益[7]。

4.4 加強(qiáng)監(jiān)督管理工作

監(jiān)管人員在依照規(guī)章制度實(shí)行監(jiān)督管理工作之時(shí)，需要仔細(xì)分析職工的工作環(huán)境，確保管線(xiàn)焊接施工的安全性與規(guī)范性， 保證有關(guān)職工在施工期間均能始終堅(jiān)守個(gè)人崗位， 依照對(duì)應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行安全化、有序化、規(guī)范化的工作。 監(jiān)管人員還要對(duì)施工材料的質(zhì)量加以嚴(yán)格檢查與核查，確保公司工藝技術(shù)的機(jī)密性， 并防止施工之間發(fā)生偷工減料、以次充好的違規(guī)行為。 焊工在進(jìn)行焊接施工時(shí)，需要嚴(yán)格遵照工藝技術(shù)規(guī)定，把控好組對(duì)焊縫的質(zhì)量，并落實(shí)好各方面的安全防護(hù)工作[8]。

4.5 做好進(jìn)度控制

在焊接施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好進(jìn)度的控制，不得只為求速度快，而是要將質(zhì)量放于首位，在充分保障焊接質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上才能適當(dāng)進(jìn)行趕工。對(duì)于每一環(huán)節(jié)的焊接操作都要進(jìn)行全面監(jiān)督，保證每一環(huán)節(jié)均滿(mǎn)足質(zhì)量要求，促使總體焊接質(zhì)量滿(mǎn)足施工標(biāo)準(zhǔn)。

4.6 做好溫度控制

當(dāng)對(duì)焊接母材實(shí)行預(yù)熱之時(shí)，管道溫度不得超過(guò)180℃，并且管道層間溫度需要控制在300℃以下，只有做好溫度的耦控制，方能保證焊接質(zhì)量滿(mǎn)足規(guī)定要求。 對(duì)于不同材質(zhì)的管道，在層間溫度上的要求也會(huì)有所差異，碳鋼高壓管層間溫度需要控制在250℃之下，相較于此種管道，對(duì)于不銹鋼以及鎳基管道則無(wú)需進(jìn)行預(yù)熱，這兩類(lèi)材質(zhì)的管道層間溫度則需要控制在150℃以下。 對(duì)于合金鋼管以及鉻鉬鋼管需要在焊接結(jié)束后的半小時(shí)之內(nèi)實(shí)行熱處理， 讓其溫度控制在300～500℃范圍內(nèi)。 一般而言，大多是采用烤槍來(lái)進(jìn)行小管徑管道的預(yù)熱處理，對(duì)于大管徑管道則是采取電加熱法實(shí)行預(yù)熱處理[9]。

4.7 做好線(xiàn)能量控制

焊接過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)電壓、電流加以嚴(yán)格控制，按照焊接規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施作業(yè)，防止焊接時(shí)輸入的線(xiàn)能量超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)， 從而影響焊接質(zhì)量。在實(shí)際施工時(shí)，可經(jīng)過(guò)對(duì)焊機(jī)有關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)能量的控制，仔細(xì)檢查焊接設(shè)備的運(yùn)作情況，判斷其能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并對(duì)焊接速率加以計(jì)算，待到上述條件均滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)之后才能開(kāi)始焊接[10]。

5 總結(jié)

在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，各行各業(yè)都開(kāi)始對(duì)石油、天然氣等能源有更高的使用需求。 為此，國(guó)內(nèi)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對(duì)管線(xiàn)的建設(shè)力度，注重對(duì)管線(xiàn)施工質(zhì)量的控制，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化越來(lái)越受到焊接生產(chǎn)企業(yè)的重視。