煤制乙二醇管道焊接質(zhì)量控制措施

于晨陽，袁 和，李成科，喬玉山

（陜煤榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

引言

煤化工企業(yè)的生產(chǎn)離不開管道的輸送，輸送介質(zhì)覆蓋面廣，成分復(fù)雜，對(duì)管道的焊接技術(shù)有更高的要求，對(duì)焊接質(zhì)量控制方面面臨著更大的挑戰(zhàn)。對(duì)于不同材質(zhì)的管道應(yīng)優(yōu)化焊接工藝，調(diào)整焊接工藝參數(shù)，并采取相應(yīng)質(zhì)量控制措施，有利于提高管道在苛刻環(huán)境下的服役期限，管道的平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)化工生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用[1]。技術(shù)人員應(yīng)充分考慮管道焊接技術(shù)在具體實(shí)際操作中的適用性，并結(jié)合煤制乙二醇的生產(chǎn)要求和管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，明確在使用過程中具體的工藝流程，對(duì)現(xiàn)有安全質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)的地方，立即予以彌補(bǔ)，以確保設(shè)備能夠繼續(xù)安全地運(yùn)行。

1 煤制乙二醇管道焊接工藝

1.1 底層焊接工藝

底層焊接工藝主要采用氬弧焊，從管道底部到頂部進(jìn)行焊接，焊接接口和接頭部位采用角磨機(jī)打磨，可以提高焊接接頭的使用性能，增強(qiáng)部件的焊接質(zhì)量[2]。

底層焊接時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：焊接前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，檢查氬氣純度、焊接材料、焊接工藝程序等，避免或減少焊接缺陷的形成；焊接管道時(shí)，應(yīng)控制坡口角度、形狀及局部尺寸等，并使用角磨機(jī)對(duì)接口進(jìn)行打磨，避免焊接過程中造成管道底部下陷和頂部?jī)?nèi)陷；焊接時(shí)需要用擋板阻擋風(fēng)，以消除外部環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響；為了防止焊接熔透，應(yīng)對(duì)接口進(jìn)行均勻焊接，以確保焊接接頭的密度大致相等；焊接完成后，應(yīng)嚴(yán)格檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及時(shí)進(jìn)行有效修復(fù)，確保焊接質(zhì)量。

1.2 中層焊接工藝

在中層施焊前，必須及時(shí)清理焊接作業(yè)表面，保持管道的清潔度，防止焊后殘留物對(duì)焊接質(zhì)量的影響；在焊接過程中焊條應(yīng)首選采用直線型運(yùn)條，以此來防止焊接飛濺物對(duì)底層焊接表面造成損傷；當(dāng)焊接管道管壁較厚時(shí)，可選擇多層多道焊接，控制好接頭的厚度，保證與管道的結(jié)合；在進(jìn)行表面基礎(chǔ)焊接時(shí)，應(yīng)采用線型帶材進(jìn)行焊接，為下一步工作提供良好的作業(yè)面。中層焊接完成后，必須及時(shí)清理焊縫處熔渣，并檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷需立刻修復(fù)，同時(shí)做好中層焊接質(zhì)量驗(yàn)收工作。

1.3 蓋面焊接工藝

當(dāng)焊縫寬度過寬時(shí)，將導(dǎo)致管道焊縫出現(xiàn)應(yīng)力，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量缺陷或存在可能出現(xiàn)缺陷的傾向。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫寬度，通常在焊條直徑的3 倍以內(nèi)；同時(shí)確保焊接過程中蓋面焊接部位收弧與起弧的合理性和準(zhǔn)確性，避免產(chǎn)生引弧現(xiàn)象，可有效提高焊接質(zhì)量。蓋面焊接完成后，及時(shí)清理管道殘留物，避免焊縫處出現(xiàn)裂紋、氣孔等現(xiàn)象，影響焊縫質(zhì)量。

1.4 手工電弧下向焊接工藝

手工電弧下向焊適用于碳素鋼和普通低合金鋼，且直徑≥159 mm，具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、焊接速度快等特點(diǎn)，主要分為熱焊、填充、蓋面等類型。首先，必須采用熱焊工藝，確保焊接過程中無裂紋；由于焊接速度較快，焊接前需要對(duì)焊接借口進(jìn)行徹底清理。其次，手工電弧下向焊基本滿足所有焊接方法，但對(duì)管道壁厚要求較高。因此，在使用過程中有必要注意管道的壁厚，只有根據(jù)管道的實(shí)際情況選擇不同的焊接工藝，才能充分保證焊接質(zhì)量。

2 煤制乙二醇管道焊接缺陷類型

2.1 錯(cuò)邊和變形

焊接過程中操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致焊接錯(cuò)邊和角變形，錯(cuò)邊和變形主要發(fā)生在管道的對(duì)接過程中，由于定位焊間距過大或焊接時(shí)長(zhǎng)焊縫未采用退焊法，變形過大，焊接時(shí)開裂導(dǎo)致錯(cuò)位。而錯(cuò)邊和變形將導(dǎo)致管道的壓力集中在某一個(gè)點(diǎn)上，會(huì)大大降低管道的強(qiáng)度，焊接變形可以進(jìn)行矯正，但對(duì)口錯(cuò)邊和焊接后導(dǎo)致的錯(cuò)邊只能返工。

2.2 焊接夾渣

焊接過程中，焊層之間的熔渣未及時(shí)清理干凈或焊接電流較小、焊接速度過快都容易在焊縫處產(chǎn)生夾渣，從而降低焊縫的塑性和韌性，尤其帶有尖角的夾渣，在管道服役過程中易產(chǎn)生應(yīng)力集中，尖端還會(huì)形成裂紋源。在應(yīng)力作用下，首先在夾渣處產(chǎn)生裂紋并沿展，導(dǎo)致強(qiáng)度下降、焊縫開裂。在焊接過程中，焊層和焊道之間的熔渣未清除，焊接電流過小，母材與焊接材料的化學(xué)成分不當(dāng)都是產(chǎn)生焊接夾渣的主要原因。為防止夾渣的產(chǎn)生，除了正確選擇焊材、使之更好地脫氧、脫硫等，其次就是注意焊接工藝的選擇，合理的焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要。當(dāng)焊縫處有夾渣時(shí)，應(yīng)及時(shí)鏟除夾渣處的焊縫金屬，然后補(bǔ)焊。

2.3 未焊透與未熔合

焊接過程中，母材金屬未被電弧熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)入焊接接頭根部的現(xiàn)象稱為未焊透；當(dāng)母材金屬與焊縫金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起產(chǎn)生的缺陷稱為未熔合。未焊透與未熔合產(chǎn)生的主要原因是焊接電流小、焊接熱輸入低、坡口和間隙尺寸不合理等。這種缺陷降低了焊縫強(qiáng)度，并在管道焊接處產(chǎn)生裂紋，通常發(fā)生在遠(yuǎn)離管道外表面的管道內(nèi)壁側(cè)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致安全事故。

2.4 裂紋

焊接裂紋是管道焊接過程中常見的一種非常危險(xiǎn)的工藝缺陷。焊接裂紋一般包括熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因有：環(huán)境潮濕、管道濕度大、未先干燥。焊接溫度過高會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)域內(nèi)殘留微量氫，焊后快速的冷卻和收縮過程會(huì)增加內(nèi)應(yīng)力并產(chǎn)生裂紋，常產(chǎn)生在應(yīng)力集中的焊件根部以及焊縫熱影響區(qū)處。因此，焊接前應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行合理的預(yù)熱；焊接時(shí)選用低氫焊條，以降低焊縫中的氫含量。

3 煤制乙二醇管道焊接質(zhì)量控制措施

3.1 焊接施工前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 設(shè)計(jì)合理的焊接方案

在焊接設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)注意系統(tǒng)考慮焊接任務(wù)量、焊接能力、工藝參數(shù)、材料、環(huán)境、焊接要求等因素，并繪制出對(duì)應(yīng)的焊接圖紙。這將為之后的焊接施工提供技術(shù)保障，確保焊接的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1.2 加強(qiáng)焊接材料控制

焊接材料的管理應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的材料管理標(biāo)準(zhǔn)和管理流程，實(shí)現(xiàn)材料存儲(chǔ)、使用和回收利用全過程的綜合管理[3]。加強(qiáng)對(duì)焊接中所用的電極、焊條、焊劑等材料的儲(chǔ)存環(huán)境管理，避免材料變性，同時(shí)，試用前應(yīng)檢查材料的規(guī)格、質(zhì)量以及清潔度。合理控制管道或焊條中硫、磷等物質(zhì)的含量，并清理坡口側(cè)內(nèi)外邊緣，確保該區(qū)域無水漬、油污和銹蝕污染。最后做好焊接材料的預(yù)熱，避免材料受潮影響后期焊接質(zhì)量。

3.1.3 提高焊接技術(shù)水平

焊接工藝是影響化工管道焊接質(zhì)量的核心因素，施工前期的技術(shù)準(zhǔn)備非常重要。技術(shù)管理人員熟悉圖紙及相關(guān)技術(shù)要求，及時(shí)合理安排有效的工藝是提高效率的重要途徑。同時(shí)，焊接施工人員的技術(shù)要求和專業(yè)知識(shí)必須符合施工標(biāo)準(zhǔn)的要求，從操作工藝上保證管道的焊接質(zhì)量。選擇合理的焊接方法，特別是半自動(dòng)和自動(dòng)焊接，是提高效率的重要措施。

3.2 焊接工藝條件的優(yōu)化控制

3.2.1 焊接速度的控制

焊接過程中，需保證焊條的熔化速度和焊縫的成形速度是均勻變化，盡可能使整個(gè)焊縫分布均勻，避免焊縫過寬過厚，否則會(huì)引起局部應(yīng)力集中，影響焊接強(qiáng)度。因此，在焊接作業(yè)過程中，必須安排進(jìn)度計(jì)劃，控制焊接速度，對(duì)每道焊接工序進(jìn)行監(jiān)督，確保每道工序符合質(zhì)量要求，使整體焊件質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 焊接溫度的控制

在特殊環(huán)境中，將母材和焊材的預(yù)熱溫度控制在一定范圍內(nèi)，是保證焊接質(zhì)量達(dá)到要求的必要條件。一般要求溫度高于0 ℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于0 ℃而高于-20 ℃時(shí)，工件預(yù)熱到15 ℃后進(jìn)行焊接；若低于-20 ℃，需停止焊接。如果是焊接熔池的話就要根據(jù)材料來定：如不銹鋼焊接溫度在1 520 ℃～1 570 ℃，碳鋼為1 450 ℃～1 480 ℃。多層焊接時(shí)，層間溫度不能過高，不銹鋼控制在120 ℃以下，普通的低碳鋼控制在300 ℃～350 ℃以下。焊件由于電焊，溫度也很高，存在著很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，所以在作業(yè)時(shí)，一定要注意安全。

3.2.3 焊接線能量的控制

焊接過程中，應(yīng)根據(jù)母材和焊材的熔點(diǎn)、組織、性能，合理控制電壓和電流，避免焊接時(shí)輸入超過標(biāo)準(zhǔn)線能量，造成焊接接頭和熱影響區(qū)組織過熱，以此降低焊縫和熱影響區(qū)的硬度和韌性。在實(shí)際的焊接作業(yè)中，通過調(diào)整焊機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，檢查焊接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，并計(jì)算焊接速度來控制能量。只有確定了合理的焊接參數(shù)，利用合理的焊接規(guī)范，才能進(jìn)行焊接操作。

3.3 焊后質(zhì)量檢測(cè)

焊后質(zhì)量檢測(cè)是焊接施工的最后一道工作，是為了保證焊件結(jié)構(gòu)的完整性、使用性和安全性。檢測(cè)過程中應(yīng)明確質(zhì)量要求、檢測(cè)項(xiàng)目。在焊接工藝檢查中，應(yīng)由專業(yè)的檢測(cè)人員依據(jù)焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、焊接施工圖樣、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等文件對(duì)焊接接口的外觀、形狀和尺寸等問題進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，并在檢測(cè)后進(jìn)行及時(shí)的記錄。在焊縫外觀檢驗(yàn)合格后，按比例對(duì)管道整體焊接部位進(jìn)行無損檢測(cè)，并根據(jù)無損檢測(cè)比例要求和實(shí)際焊接數(shù)量和質(zhì)量，實(shí)行隨機(jī)選擇焊接接頭的原則，確保焊接施工質(zhì)量按最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。管道在使用過程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕和磨損，焊縫處尤為嚴(yán)重，因此在后期使用中應(yīng)加強(qiáng)焊縫處的修護(hù)，避免焊接接口處物料泄漏而造成不必要的事故隱患。

4 結(jié)語

焊接工作貫穿于煤制乙二醇管道安裝的整個(gè)過程，對(duì)于后期的生產(chǎn)使用有深刻影響。不僅要規(guī)范焊接工藝應(yīng)用，還應(yīng)保證焊接材料整體質(zhì)量、加強(qiáng)焊接過程質(zhì)量管理，為之后管道的平穩(wěn)安全服役做好充分的保障，從而確保為煤化工企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)和社會(huì)價(jià)值實(shí)現(xiàn)。