淺談管道在沙漠地區(qū)的施工焊接質(zhì)量控制

孫振波（山東勝利建設(shè)監(jiān)理股份有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

2020年－2021年，筆者有幸參加了西北油田順北油氣田五號聯(lián)合站建設(shè)工程。該工程位于歐亞大陸深處的塔里木盆地中北部、塔克拉瑪干大沙漠北緣沙漠腹地，遠離海洋。受塔克拉瑪干大沙漠的影響，形成了典型的極端干旱的荒漠氣候，其主要氣候特點是：春季大風，夏季炎熱且干旱，降水稀少，蒸發(fā)強烈，風沙活動劇烈且沙塵暴天氣較多，冬季寒冷干燥，早晚溫差較大。這些氣候特征，勢必對管道焊接造成不利影響。

1 常見焊接缺陷及其成因分析

管道從組對到焊接完成，常見的焊接質(zhì)量缺陷包括可以通過肉眼觀測到的焊縫咬邊、低于母材、錯邊量超標、表面氣孔、弧坑、焊縫成形差等表面缺陷，以及通過無損檢測方式檢測到的裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等內(nèi)在缺陷。

1.1 夾 渣

夾渣是指焊縫內(nèi)部存在的鐵銹、熔渣或其他介質(zhì)。在沙漠地區(qū)施工時，這種缺陷的發(fā)生幾率最大。夾渣在焊道層間及焊口根部均有可能存在，其中最常見的就是層間夾渣。夾渣形狀各異，大小不一，其中危害最大的是條形等尖銳性夾渣，在應(yīng)力的作用下，影響焊道的塑性，使其出現(xiàn)裂紋并延展，導(dǎo)致焊縫強度下降，進而造成焊縫開裂。

夾渣產(chǎn)生的原因為：防沙措施不到位，導(dǎo)致空氣中的細小沙塵熔入焊道；在多層焊接時，焊絲、焊條等產(chǎn)生的熔渣層間清理不干凈、不徹底，導(dǎo)致熔渣埋入焊道；工藝參數(shù)選擇不當，如焊接電流較小，導(dǎo)致焊縫熔渣不能浮出熔池；坡口太小，焊條角度和運條方法不合理，或是上層焊道與坡口形成了夾角，導(dǎo)致熔渣不能充分融化。

1.2 氣 孔

氣孔的形成原因有很多種，在管道焊接時，氣孔形成的原因一般是焊縫熔池中產(chǎn)生的氣體在融化金屬凝固時沒有逸出。每年的3月到9月，是塔克拉瑪干沙漠的風季，基本每天都會出現(xiàn)沙塵天氣，焊接過程中，若未采取擋風措施，或者采取的擋風措施不合理，就極易出現(xiàn)氣孔。氣孔缺陷的主要形式有單一氣孔、帶形氣孔、密集氣孔等。氣孔是常見的焊接缺陷，它的存在使焊縫的有效截面減小，破壞了焊縫的致密性。

氣孔產(chǎn)生的原因為：管道坡口表面的鐵銹、油污等雜質(zhì)未清理或清理不干凈；焊機電壓及電流不穩(wěn)，焊接線能力過小，熔池冷卻速度過大，氣體來不及溢出；焊材未烘干，藥皮里的水份在焊接的高溫下分解為氣體；未采取有效的擋風措施，使焊縫熔池冷卻過程中混入氣體。

1.3 未焊透與未熔合

未焊透是指管道母材沒有熔化，焊縫金屬沒有進入焊縫根部的現(xiàn)象，分為根部未焊透和中間未焊透。未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的現(xiàn)象，按未熔合的部位分為根部未熔合、層間未熔合和坡口未熔合。未焊透和未熔合對管道的危害極大，它減少了焊縫的有效截面積，嚴重影響了焊縫的力學(xué)性能。同時屬于開口性缺陷，又造成了應(yīng)力集中。在管道承載應(yīng)力狀態(tài)下，未焊透和未熔合有可能發(fā)展成裂紋，導(dǎo)致焊縫開裂。

未焊透與未熔合產(chǎn)生的原因為：坡口加工不合理，角度偏小，或組對間隙不夠；焊接熱輸入偏低，電弧偏斜，坡口有污物；層間清理過度，造成坡口處形成溝槽等。

1.4 燒 穿

燒穿是指焊接過程中，熔化金屬突破熔池，從坡口背面流出，造成穿孔的現(xiàn)象。燒穿現(xiàn)象減少了焊縫的有效截面積，在管道運行時，燒穿部位會造成應(yīng)力集中，影響管道的使用壽命。

燒穿產(chǎn)生的原因為：焊接時電流選擇不當，鋼管壁厚比較薄時電流選擇相對過大；焊接時焊工操作不當或技術(shù)不熟練，焊條運條過慢，使焊條在焊縫中停留的時間過長；清理焊道層間時過度打磨，造成根部焊道的厚度偏小。

1.5 咬 邊

咬邊，主要是指焊接過程中焊材熔化金屬未能覆蓋住鋼管母材的坡口，在焊道邊緣的母材上出現(xiàn)被電弧燒熔的凹槽或者低于母材的凹點。咬邊深度小于0.5 mm或者壁厚的10%時，咬邊不會造成嚴重后果；但咬邊深度大于0.5 mm或者壁厚的10%時，會減小焊縫的有效截面，對焊縫的力學(xué)性能產(chǎn)生嚴重的影響，使焊縫強度降低。

咬邊產(chǎn)生的原因為：電弧過長，電流過大，導(dǎo)致焊縫熔池熔敷不到位；焊條運條方式和角度不當，焊條擺動不到位，出現(xiàn)電弧偏吹；焊條在坡口兩側(cè)停留時間過長。

1.6 內(nèi) 凹

內(nèi)凹是指焊道根部向上收縮，低于母材下表面的缺陷。管道焊接時，發(fā)生內(nèi)凹缺陷的幾率相對較低，內(nèi)凹都是在焊道打底時產(chǎn)生的，內(nèi)凹減薄了焊縫的有效截面積，嚴重時減小了焊縫的強度，易造成焊縫開裂。

內(nèi)凹產(chǎn)生的原因為：對口間隙過大，鈍邊薄，根部焊道太寬；電流選擇不當，熔池溫度過高，電弧在熔池內(nèi)同一個位置的時間過長；電弧的推力不夠，形成垂直于焊縫的氣流。

2 質(zhì)量控制措施

以上焊接質(zhì)量缺陷的發(fā)生，歸根結(jié)底是焊接過程中焊接工藝不當造成的，只有在焊接過程中嚴格按照焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書繼續(xù)焊接作業(yè)，合理施工，才能將其減少甚至消除。焊接缺陷控制采用的方法如下。

2.1 正式焊接前的質(zhì)量控制措施

正式焊接前，適當加強磨合，根據(jù)焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書、當?shù)貧夂驐l件及每個人的焊接習慣，在焊接工藝要求的范圍內(nèi)合理調(diào)整焊機的電流，在后續(xù)的正式焊接中，盡量保證每名焊工定焊機、定焊接參數(shù)，避免因焊機變化或電流改變導(dǎo)致焊接過程出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

2.2 坡口打磨時的質(zhì)量控制措施

坡口打磨時，依照焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書的要求，結(jié)合焊工的習慣，在焊接工藝要求的范圍內(nèi)確定坡口角度和鈍邊厚度，尤其是坡口加工后的打磨，更要嚴格檢查，確保滿足各項焊接需要。

2.3 焊口組對時的質(zhì)量控制措施

焊口組對時，在滿足焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書的前提下，還應(yīng)根據(jù)焊工的不同焊接手法，確定合理的組對間隙，間隙不應(yīng)過大或過小。組對后的定位焊應(yīng)與正式焊被同等對待，并由持證焊工進行，保證焊接后的焊口質(zhì)量。

2.4 焊接過程中的質(zhì)量控制措施

焊接過程的控制是保證焊接質(zhì)量最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在焊接中，主要應(yīng)注意以下幾個方面。

（1）引?。阂?yīng)盡量靠近焊接位置，嚴禁在坡口以外的鋼管表面引弧。

（2）焊接：同一層焊道的焊接接頭處應(yīng)打磨干凈在進行焊接，避免層間出現(xiàn)夾渣；焊接的起弧點應(yīng)與收弧點錯開20 mm以上，避免燒穿；焊接過程中應(yīng)連續(xù)焊接，同時控制好焊道層間的溫度，避免因管道自身承載而造成的裂紋。

2.5 影響焊接的其他因素

（1）溫度：溫度是影響焊接質(zhì)量的重要因素。在沙漠地區(qū)，天氣炎熱，白天氣溫最高可達50℃以上，沙子表面的溫度更是達到70℃以上。焊接作業(yè)時，要承受太陽的暴曬，焊接手套等防護用具也不利于人體散熱，使人體力消耗巨大，同時還要忍受焊接時電弧產(chǎn)生的高溫，焊工難免會出現(xiàn)注意力不集中等情況，導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生。

（2）風力：每年的3月到9月是塔克拉瑪干的風季，幾乎每天都存在著大風施工的問題。采取合理的擋風措施可以有效避免焊接過程中出現(xiàn)氣孔等缺陷。

3 管道焊接工藝要求

3.1 打底焊接工藝

管道焊接中的打底焊采用氬弧焊，焊接按照從下到上的順序，在管道打底的電焊起弧位置和收弧位置可采用角磨機打磨出一定角度的接頭斜口。壓力管道的底層焊縫必須焊接均勻，不能燒穿或未焊透。在采用氬弧焊進行管道打底焊接前，應(yīng)在試板上進行試焊，其主要目的是檢驗所使用的氬氣中是否含有雜質(zhì),避免氬氣純度不夠，影響焊接質(zhì)量。氬弧焊焊接時，使用氬氣的純度應(yīng)在99.9﹪以上，含水量小于50 mm/L。此外,采用氬弧焊施焊時應(yīng)注意風力的影響，防止在管道焊接過程中受外界因素的影響造成焊接質(zhì)量問題，如大風天氣在室外進行焊接等。管道底部焊縫接頭位置應(yīng)采用角磨機打磨光滑，不得存在漏焊或焊瘤。管道打底焊接完成后應(yīng)對所有的焊縫進行質(zhì)量檢查，然后進行填充焊縫的焊接，避免打底焊縫出現(xiàn)裂紋。

3.2 管道中層焊接工藝

管道根部焊道焊接完成后，應(yīng)將飛濺及焊渣清理干凈，并對焊縫表面外觀進行全面檢查，如果有不符合質(zhì)量要求的，應(yīng)將其打磨后重新焊接；將焊縫同母材連接處清理干凈，避免影響焊接質(zhì)量。焊縫接頭同根部焊縫接頭間距不小于10 mm。管道中層施焊過程中禁止在焊接層的表面引弧；中層焊接完成后應(yīng)及時將焊渣及焊接過程中產(chǎn)生的飛濺清理干凈，然后對焊接質(zhì)量進行全面的檢查，發(fā)現(xiàn)存在焊接質(zhì)量隱患問題，應(yīng)將焊接位置打磨后重新焊接。

3.3 管道蓋面焊接工藝

管道蓋面的焊材一般依據(jù)焊縫的厚度而選用。在焊接過程中焊材的起弧、收弧處應(yīng)同中層焊縫接頭錯開，禁止在中層焊縫表面引弧；管道蓋面焊縫應(yīng)保持完整，蓋面同管道焊接處呈圓滑過渡；蓋面焊縫表面不能出現(xiàn)氣孔、夾渣以及裂紋等。焊縫表面咬邊深度和長度超標時應(yīng)修磨后重新焊接；蓋面焊接完畢后，應(yīng)將焊接位置的熔渣清理干凈，并應(yīng)將焊縫表面進行清理，避免在管道防腐前發(fā)生銹蝕。

3.4 管道焊接檢查

在管道焊接過程中，應(yīng)派專職質(zhì)檢員對每個焊縫進行檢查，包括管道材質(zhì)、管道規(guī)格、焊材選用以及焊接過程中焊接電流。管道焊接完畢后，對管道上的每一個焊縫做好標識，為后期焊縫質(zhì)量檢查工作及對焊工的考核工作提供依據(jù)。管道焊接完成后，應(yīng)及時填寫管道焊接工作記錄，并存檔。

4 管道焊接質(zhì)量控制需注意的問題

（1）管道焊接施工中，技術(shù)人員必須嚴格按照工程設(shè)計、施工驗收標準規(guī)范及工程實際情況科學(xué)編制管道施工方案，并在施工前對施工班組進行技術(shù)交底。建立健全管道焊接質(zhì)量保證體系，明確參與焊接施工的各人員的職責并進行定期的考核，考核結(jié)果同薪資掛鉤，這種做法可有效增強施工人員的責任心，對提高焊接質(zhì)量意義重大。

（2）在管道焊接施工中,所有焊接施工人員必須要持有質(zhì)監(jiān)局頒發(fā)的特種設(shè)備作業(yè)人員證和安監(jiān)局頒發(fā)的特種作業(yè)操作證，并在同類工程中具有豐富的焊接經(jīng)驗。焊接作業(yè)前，必須經(jīng)過焊工入場考試。在焊接施工過程中，所有的焊工必須嚴格按照焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書進行焊接，不得隨意更改焊接參數(shù)方法。

（3）壓力管道材料的種類比較多，比如20#、304、316L、12Cr5Mo、15CrMo等，在焊接過程中存在異種鋼焊接的情況，其焊接工藝參數(shù)很難得到有效控制。因此，為了保證壓力管道焊接質(zhì)量，避免管道焊接在焊縫表面出現(xiàn)裂紋、咬邊、夾渣、氣孔或者未熔合等質(zhì)量問題，需要在焊接施工前對各種焊接材料的性能及焊接要求等進行全面的了解和掌握。

5 結(jié)語

這是筆者首次在塔克拉瑪干沙漠進行項目建設(shè)，起初，在面對當?shù)氐膼毫迎h(huán)境及各種困難時，焊接質(zhì)量出現(xiàn)過問題，一度直接影響到工程的進度。筆者不斷在實踐中總結(jié)經(jīng)驗、汲取教訓(xùn)并進行運用，在質(zhì)量控制方面取得了很大的突破，為工程按時高標準竣工投產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。