石化工程管道支管連接接頭典型質(zhì)量問(wèn)題分析與對(duì)策

陳思達(dá)（廣東國(guó)信工程監(jiān)理集團(tuán)有限公司， 廣東 茂名 525011）

0 引 言

工藝管道作為石化裝置的脈絡(luò)，一直以來(lái)都是石化工程建設(shè)中最為重要的一環(huán)，工藝管道焊接量占石化工程焊接總量的比例往往能夠達(dá)到60%～70%[1]。為了連接數(shù)量繁多的工藝設(shè)備及儀表，工藝管道中往往存在大量尺寸不一的支管；為了減少支管采用三通、四通等異徑管件帶來(lái)的成本高、制造周期長(zhǎng)等不利因素，工程中往往大量采用支管臺(tái)、半管接頭或焊接支管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)等支管連接方式。支管連接接頭特殊的結(jié)構(gòu)和焊縫形式提高了焊縫內(nèi)部檢測(cè)難度，支管連接接頭的未熔合、夾雜及氣孔等缺陷很難通過(guò)無(wú)損檢測(cè)方式發(fā)現(xiàn)。支管連接接頭中的內(nèi)部缺陷減少了焊縫的有效承載面積，降低了焊接接頭的強(qiáng)度并造成應(yīng)力集中，極大增加了石化裝置運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。支管連接接頭質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)生，支管連接接頭的質(zhì)量控制已經(jīng)成為工藝管道質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)支管連接接頭質(zhì)量管控工作刻不容緩。

1 支管連接接頭典型質(zhì)量問(wèn)題分析及對(duì)策

1.1 焊工資質(zhì)管理存在誤區(qū)

支管連接接頭焊工資質(zhì)管理中存在著兩個(gè)典型錯(cuò)誤：一是誤認(rèn)為支管連接接頭為角焊縫，對(duì)焊工資質(zhì)不作要求；二是將安放式支管連接接頭與插入式支管連接接頭混淆，統(tǒng)一要求具備管板焊資質(zhì)。

造成上述誤區(qū)的原因，主要是質(zhì)量管理人員對(duì)支管連接接頭形式認(rèn)識(shí)不到位，對(duì)規(guī)范條文的規(guī)定未能準(zhǔn)確把握，而支管連接接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外觀酷似角焊縫以及接頭種類較多的特點(diǎn)，也加大了質(zhì)量管理人員對(duì)焊工資質(zhì)管理的難度。

對(duì)支管連接接頭及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)從以下方面進(jìn)行把握。

（1）從支管連接接頭與角焊縫的本質(zhì)區(qū)別去把握。質(zhì)量管理人員應(yīng)正確認(rèn)知角焊縫與其他接頭結(jié)構(gòu)形式的本質(zhì)，并非所有類角接頭都屬于角焊縫，角焊縫強(qiáng)度主要與焊腳尺寸有關(guān)，而支管連接接頭的焊縫強(qiáng)度則主要依賴于全焊透形焊縫的厚度，即支管（或補(bǔ)強(qiáng)件）本身壁厚，與對(duì)接焊縫相似，與角焊縫結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的區(qū)別。

（2）從規(guī)范對(duì)插入式接頭及安放式接頭的規(guī)定去把握。支管連接接頭種類較多，依據(jù)組對(duì)要求可分為插入式與安放式兩種形式。插入式支管連接接頭是一種典型的管板角接頭，因此，焊接插入式支管連接接頭的焊工必須具備管板焊資質(zhì)，并在其適用的資質(zhì)范圍內(nèi)作業(yè)；在計(jì)算焊工資質(zhì)范圍時(shí)，應(yīng)注意其對(duì)應(yīng)壁厚應(yīng)為接頭中主管的壁厚，管徑則為插入主管的支管或補(bǔ)強(qiáng)件外徑。安放式支管連接接頭在GB/T 20801-2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》（以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)范》”）中被明確定義為對(duì)接焊縫與角焊縫組合焊縫，因此管板焊資質(zhì)并不適用于安放式接頭，焊接安放式支管連接接頭的焊工應(yīng)持有對(duì)接資質(zhì)，并在其資質(zhì)范圍內(nèi)作業(yè)；其壁厚適用范圍應(yīng)覆蓋支管（或補(bǔ)強(qiáng)件）的名義厚度或焊接坡口最深處厚度，其管徑適用范圍應(yīng)覆蓋支管（或補(bǔ)強(qiáng)件）的外徑或焊接坡口直徑。

在準(zhǔn)確把握插入式接頭及安放式接頭本質(zhì)區(qū)別的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)支管連接接頭的焊工資質(zhì)管理采取相應(yīng)對(duì)策。應(yīng)加強(qiáng)支管連接接頭焊工資質(zhì)管理，質(zhì)量管理人員應(yīng)制定相應(yīng)的監(jiān)理細(xì)則及管控措施，對(duì)焊工資質(zhì)管理作出明確規(guī)定，避免超項(xiàng)焊接，從焊工資質(zhì)管理的源頭上把好關(guān)。

1.2 支管連接接頭開(kāi)孔組對(duì)不當(dāng)

支管連接接頭焊接質(zhì)量很大程度上由開(kāi)孔組對(duì)質(zhì)量決定，開(kāi)孔過(guò)小及組對(duì)間隙過(guò)小將導(dǎo)致打底層焊接時(shí)焊絲無(wú)法深入坡口鈍邊，易造成未熔合及未焊透缺陷，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降及應(yīng)力集中；開(kāi)孔過(guò)大或安放式接頭在主管加工坡口會(huì)致使接頭橫截面積減小，同樣會(huì)降低接頭強(qiáng)度；組對(duì)間隙過(guò)大則易出現(xiàn)焊瘤缺陷，堵塞管道并造成應(yīng)力集中。

用餐結(jié)束時(shí)，老板娘端出了點(diǎn)心，放在我們的桌上，有別于一般涮涮鍋的綠豆或仙草或甜愛(ài)玉，上桌的是一盤當(dāng)季的西瓜切片，上面安穩(wěn)擺著牙簽，西瓜與牙簽，成為視覺(jué)上巧妙的對(duì)比。

在支管連接接頭開(kāi)孔組對(duì)施工中，安放式接頭開(kāi)孔過(guò)大以及在主管開(kāi)孔處加工坡口是最為典型的質(zhì)量問(wèn)題。造成以上問(wèn)題的主要原因如下。

（1）開(kāi)孔方式粗放。安放式支管連接接頭開(kāi)孔尺寸要求與支管或補(bǔ)強(qiáng)件內(nèi)徑相近，很多施工班組因未配備開(kāi)孔器，通常采用支管或補(bǔ)強(qiáng)件在主管上比對(duì)放樣劃線確定開(kāi)孔尺寸，而支管或補(bǔ)強(qiáng)件內(nèi)徑難以用于比對(duì)劃線，因此施工人員多采用支管或補(bǔ)強(qiáng)件外徑作為開(kāi)孔尺寸，導(dǎo)致接頭開(kāi)孔過(guò)大。

（2）施工人員對(duì)安放式支管開(kāi)孔要求未能準(zhǔn)確認(rèn)知。安放式支管連接接頭組對(duì)坡口在支管或補(bǔ)強(qiáng)件上，主管一側(cè)不能加工坡口，多數(shù)施工人員不能正確區(qū)分兩種接頭形式對(duì)開(kāi)孔組對(duì)的要求，故常發(fā)生安放式接頭在主管開(kāi)孔處加工坡口的錯(cuò)誤。

在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)從以下幾方面對(duì)支管連接接頭開(kāi)孔組對(duì)質(zhì)量管控采取相應(yīng)對(duì)策。

（1）監(jiān)理人員應(yīng)督促施工單位針對(duì)支管開(kāi)孔組對(duì)做好技術(shù)交底工作。普及安放式支管連接接頭與插入式支管連接接頭開(kāi)孔組對(duì)要求，明確指出兩種接頭形式對(duì)開(kāi)孔組對(duì)的要求的不同點(diǎn)。

（2）優(yōu)化開(kāi)孔方法。對(duì)于小接管開(kāi)孔，宜采用開(kāi)孔器等設(shè)備確保開(kāi)孔尺寸及圓度；對(duì)于無(wú)法使用開(kāi)孔器的部位，采用支管或補(bǔ)強(qiáng)件外徑比對(duì)放樣劃線后，應(yīng)依據(jù)支管或補(bǔ)強(qiáng)件壁厚縮小開(kāi)孔劃線尺寸，開(kāi)孔時(shí)應(yīng)預(yù)留修磨空間，防止過(guò)度修磨造成開(kāi)孔尺寸過(guò)大。

（3）完善開(kāi)孔組對(duì)檢查制度。宜推行開(kāi)孔組對(duì)共檢制度，強(qiáng)化開(kāi)孔組對(duì)質(zhì)量控制，有效減少根部缺陷的產(chǎn)生。

1.3 母材變形燒損

母材變形燒損是薄壁管道支管連接接頭焊接中最常見(jiàn)的問(wèn)題，產(chǎn)生這類問(wèn)題的原因主要有以下幾方面。

（1）施工單位焊接技術(shù)交底不到位。由于未對(duì)焊縫尺寸要求進(jìn)行交底，焊工在作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)支管連接接頭填角焊縫尺寸過(guò)大、接頭過(guò)于飽滿的現(xiàn)象，而接頭過(guò)于飽滿、焊縫熔覆金屬量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致母材變形燒損。對(duì)于不銹鋼管道而言，其主管壁厚普遍較薄，在化工裝置中尤為突出，在支管連接接頭焊接過(guò)程中常因焊接參數(shù)過(guò)大、層間溫度過(guò)高以及填角焊縫尺寸過(guò)大出現(xiàn)母材晶粒粗大而導(dǎo)致塑韌性下降、主管變形甚至局部過(guò)熱燒塌的現(xiàn)象。

（2）焊工未嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律。焊接支管連接接頭時(shí)采用大參數(shù)焊接，且未控制層間溫度，會(huì)直接導(dǎo)致母材變形燒損問(wèn)題的出現(xiàn)。

在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)從以下幾方面對(duì)支管連接接頭焊接施工質(zhì)量管控采取相應(yīng)對(duì)策。

（1）應(yīng)做好焊接技術(shù)交底工作。明確支管連接接頭焊縫尺寸要求及焊接工藝，《規(guī)范》中明確了支管連接接頭填角焊縫厚度應(yīng)不小于0.7倍支管名義厚度和6.4 mm中的較小者。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢查中，采用焊縫檢驗(yàn)尺等工具難以直接測(cè)量填角焊縫厚度，可利用勾股定理簡(jiǎn)單換算為填角焊縫焊腳尺寸，即支管連接接頭填角焊縫焊腳尺寸應(yīng)為支管名義壁厚和9.1 mm中的較小值（如圖1所示）。

圖1 支管連接接頭填角焊縫焊腳尺寸

（2）加強(qiáng)支管連接接頭焊接施工作業(yè)行為管控。應(yīng)做好對(duì)焊工工藝紀(jì)律執(zhí)行情況的巡查工作，不銹鋼支管連接接頭應(yīng)在管道預(yù)制階段進(jìn)行焊接，確保背面氣體保護(hù)效果。在焊接過(guò)程中焊工應(yīng)嚴(yán)格控制焊接線能量與層間溫度，防止管道變形與母材晶粒粗大，宜保持全程背面氣體保護(hù)，防止母材背面過(guò)度氧化。除要求連續(xù)焊接的鉻鉬合金鋼外，宜采用內(nèi)窺鏡等工具檢查打底焊縫根部成形，確保焊接質(zhì)量。

1.4 支管連接接頭預(yù)熱、焊后熱處理施工不規(guī)范

支管連接接頭預(yù)熱及熱處理施工不規(guī)范的問(wèn)題主要由以下原因造成。

（1）支管連接接頭的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電加熱困難。在焊接預(yù)熱采用電加熱時(shí)加熱繩綁扎難度大，且影響焊接作業(yè)空間，易出現(xiàn)局部預(yù)熱不足的問(wèn)題。

（2）施工作業(yè)人員對(duì)支管連接接頭熱處理要求不熟悉。由于施工作業(yè)人員對(duì)熱處理的認(rèn)知有誤，導(dǎo)致熱處理綁扎施工不規(guī)范，焊后熱處理時(shí)，加熱帶及保溫棉只覆蓋支管連接接頭及其附近部位的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，難以保證焊后熱處理質(zhì)量。

在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)從以下幾方面對(duì)支管連接接頭預(yù)熱及熱處理管控采取相應(yīng)對(duì)策。

（1）完善施工措施。對(duì)難以電加熱預(yù)熱的支管連接接頭可采用火焰加熱的方式進(jìn)行預(yù)熱，亦可在焊接前拆除預(yù)熱裝置，但應(yīng)利用焊接熱量保持焊縫溫度，施工班組應(yīng)采用紅外測(cè)溫槍等測(cè)溫工具測(cè)量焊縫冷端（遠(yuǎn)離熔池一側(cè)）溫度，確保層間溫度。熱處理前應(yīng)確保均溫帶、加熱帶和保溫帶環(huán)繞支管及主管全周，確保熱處理施工質(zhì)量。

（2）做好技術(shù)交底工作，加強(qiáng)作業(yè)行為糾偏。應(yīng)將常見(jiàn)的不規(guī)范行為以圖示化的方式在施工現(xiàn)場(chǎng)明示，加強(qiáng)巡檢，及時(shí)糾正施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中的錯(cuò)誤。

2 支管連接接頭監(jiān)理質(zhì)量控制措施

支管連接接頭的施工質(zhì)量問(wèn)題既存在普遍性，也存在特殊性，監(jiān)理人員需要高度重視，提升應(yīng)對(duì)各類問(wèn)題的能力，采取針對(duì)性措施進(jìn)行控制。

2.1 敦促做好交底，強(qiáng)化事前控制

在支管連接接頭施工前，監(jiān)理人員宜就支管連接接頭施工難點(diǎn)及要點(diǎn)采用工作聯(lián)系單等方式提醒施工單位相關(guān)人員，敦促施工單位制定支管連接接頭焊接工藝卡及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并對(duì)作業(yè)人員做好技術(shù)交底工作。

2.2 推動(dòng)工序自檢，做好事中控制

監(jiān)理人員應(yīng)敦促施工單位落實(shí)施工過(guò)程班組自檢工作，在打底焊道完成后，及時(shí)對(duì)支管連接接頭根部質(zhì)量進(jìn)行自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)根部缺陷，降低返修成本。支管臺(tái)、半管接頭與支管連接的焊縫施工宜在支管連接接頭焊接完成后進(jìn)行，以便進(jìn)行支管連接接頭根部檢查。對(duì)有預(yù)熱、線能量控制及層間溫度控制要求的接頭，作業(yè)班組應(yīng)做好實(shí)時(shí)檢測(cè)。

監(jiān)理人員應(yīng)敦促施工單位落實(shí)焊后熱處理前熱處理責(zé)任人員自檢工作，熱處理責(zé)任人員應(yīng)在熱處理加熱前檢查加熱片、保溫棉及熱電偶綁扎質(zhì)量。同時(shí)，監(jiān)理人員應(yīng)加大對(duì)重點(diǎn)部位的巡檢頻次，嚴(yán)抓焊工工藝紀(jì)律，督促落實(shí)支管連接接頭施工各環(huán)節(jié)自檢工作。

2.3 強(qiáng)化三檢制度，落實(shí)事后控制

監(jiān)理人員應(yīng)敦促施工單位建立健全三檢制度，督促施工單位做好支管連接接頭施工完成后的自檢、互檢及專檢工作。

質(zhì)量檢查人員宜配備內(nèi)窺鏡等工具，對(duì)所有接頭外表面成形及根部成形進(jìn)行檢查確認(rèn)，監(jiān)理人員應(yīng)采用平行檢驗(yàn)等方式對(duì)支管連接接頭施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，石化工程建設(shè)對(duì)焊接質(zhì)量管理的要求日益提高，對(duì)于支管連接接頭焊接質(zhì)量管控的要求也趨于精細(xì)化。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，國(guó)內(nèi)外的規(guī)范未對(duì)支管連接接頭焊接施工質(zhì)量檢查要求作出明確規(guī)定。自2014年開(kāi)始，ASME B31.3-2014《工藝管道》才對(duì)此有了較為詳細(xì)的要求；GB/T 20801.4-2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第4部分：制作與安裝》在2021年正式實(shí)施以后，國(guó)內(nèi)支管連接接頭質(zhì)量管控有了更為有力的依據(jù)。監(jiān)理人員應(yīng)熟悉相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比不同規(guī)范對(duì)支管連接接頭施工的規(guī)定，準(zhǔn)確把握規(guī)范的精髓，并將規(guī)范的要求融合到監(jiān)理工作當(dāng)中，加強(qiáng)自身技術(shù)知識(shí)儲(chǔ)備，如此才能及時(shí)化解質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。