厚壁不銹鋼管道焊接質控分析

王博 李偉剛 馬尚國 李嚴

中核工程咨詢有限公司 北京 100000

1 概述

某電站二期工程大部分系統采用不銹鋼管道，工程量非常大，施工質量要求高。與國內其它電站不銹鋼管道焊接不同，不銹鋼管道焊口較多采用“T型”坡口，大大提高了生產效率，又由于不銹鋼管道具有電阻率大、線膨脹系數大、低的熱導率等特點，造成焊接工藝比較復雜，質量控制難度較大，所以焊接質量控制重點在于確保不銹鋼管道焊接質量處于可控狀態。

采用的不銹鋼管主要有俄供不銹鋼管08X18H10T和中供不銹鋼管321（包括TP321、WP321、F321），均屬于低碳級（0．03%＜質量分數WC≤0．08%）奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼在常溫下具有良好的力學性能和焊接性，內部顯微組織為奧氏體的組織結構或奧氏體+少量鐵素體的組織結構，在氧化性環境中具有優良的耐腐蝕性和良好的耐熱性，焊態下奧氏體不銹鋼接頭有良好的韌性和塑性[1]。

2 焊接工藝方法選擇

不銹鋼管道焊接主要采用TIG或TIG+SMAW的焊接方式，壁厚δ≤6mm時，采用TIG，壁厚＞6mm時，采用TIG+SMAW的方法，TIG焊接可以代替TIG+SMAW焊接。

因本文所述為大厚壁不銹鋼管道焊接，故選用鎢極氬弧焊進行打底、焊條電弧焊填充、蓋面的工藝進行焊接施工，即TIG+SMAW焊接法。在保證焊接質量的同時，保證了生產效率[2]。

3 先決條件檢查

先決條件檢查從人、機、料、法、環五方面進行。

（1）檢查焊工、無損檢驗人員等是否按照相應標準考核合格并取得相應的資格；

（2）檢查焊接設備及儀表等是否進行標定，且在標定的有效期內；

（3）檢查管道、焊材是否已經驗收合格，焊接用氬氣等是否滿足相關標準的要求；

（4）檢查所使用的焊接工藝評定是否通過編、審、批，是否已制作相應的焊接工藝單；

（5）檢查焊接環境是否滿足焊接需求等。

4 焊接控制

4.1 母材準備

（1）在組對前，所有部件要有標識且與施工圖紙相符；

（2）對于厚度不同的兩個部件的對接接頭坡口，應加工成平穩均勻過度的斜面；

（3）組隊前必須清理坡口相鄰兩邊至少20mm內的銹跡、油跡，破口尺寸、表面質量和形狀應符合圖紙要求。

4.2 母材的組裝、組對

（1）在進行管道組對時，可以使用管卡進行組裝，但應保證徑向間隙分布均勻，軸向間隙應滿足≤0．3mm的基本要求。

（2）在進行壁厚＞6mm管道組對時，允許使用點固塊進行臨時固定，點固塊的材質應為不銹鋼，固定位置離坡口處的距離應至少為60mm。在去除臨時性工藝固定時，需使用機械加工的方式去除定位焊縫金屬，應對定位焊縫做適當的修磨。清除臨時性工藝后，應對定位焊縫部位進行液體滲透，確保定位焊部位無裂紋等缺陷。

（3）管道組對時，點焊焊縫應由具有正式焊縫資格的焊工進行施焊，點焊時使用的工藝應與正式焊縫工藝相同。焊縫厚度為4-12mm時，單個焊點長度為10-20mm，焊縫焊點厚度為3-6mm，焊點的間距為50-100mm，焊點應該沿圓周分布均勻；焊縫厚度為＞12mm時，單個焊點長度為15-30mm，焊點焊縫厚度＞6mm，點焊的間距為100-300mm，焊點應該沿圓周分布均勻。

（4）點焊完成后，焊工需對點焊焊縫進行自檢，檢查點焊焊縫是否存在氣孔、縮孔、裂紋等缺陷，若發現缺陷，應立即處理。

4.3 背部充氬保護方式

電站不銹鋼管道焊縫對焊縫的背部質量要求非常嚴格，若背部不進行保護或保護不到位，焊縫根部熔敷金屬在高溫情況下極易被氧化，導致合金元素的燒損，會造成接頭成形不良，力學性能不合格，影響焊縫的整體性能。為了確保不銹鋼管道焊縫背部焊接質量，手工鎢極氬弧焊打底焊道的最初兩層焊縫（包括氬-電聯合焊接時打底焊縫）需進行背部充氬保護。

4.4 焊接過程控制

（1）焊接環境。奧氏體不銹鋼焊接時對環境有較高的要求，現場環境無法滿足焊接要求時，需要采取有效的防護措施以滿足施焊條件，否則禁止進行施焊。焊接區域溫度需大于-5℃，環境溫度過低，會導致焊縫快速冷卻，導致裂紋等缺陷；焊接環境濕度小于90%，TIG焊時風速小于2m/s，SMAW焊是風速小于8m/s，風速、濕度過大，會導致氣孔等缺陷的產生。

（2）焊接注意事項[3]。

①厚壁不銹鋼管道焊接采用TIG+SMAW方法，焊接接頭等級應滿足相應程序，應嚴格按照選用的焊接數據包進行焊接。

②在SMAW時，需要在母材坡口旁加蓋防火布，防止管道母材被飛濺損傷。

③為了控制焊接變形，確保不銹鋼管道焊接質量，應合理安排焊接順序，焊縫的起弧處和收弧處不得重疊。

④焊接時應盡量采用低的熱輸入、窄焊道、短電弧的焊接方法，嚴格控制層間溫度低于100℃。

⑤每一道焊縫焊接過程中因各種因素導致焊接中斷，均需對焊渣、氣孔、飛濺等影響后續焊接的缺陷進行清除，缺陷處理后應保證平穩過渡。

4.5 焊縫外觀檢查

厚壁不銹鋼管道焊接完成后只需采用機械打磨清楚焊縫表面缺陷，但應保持焊縫原始狀態，焊縫的寬度、余高應滿足相應程序要求。使用相應無損檢測標準對焊縫進行檢查。

5 結語

電站奧氏體不銹鋼管道工程較大，導致勞動強度大，且施焊環境較差，管道焊接質量要高，焊接過程對焊工技能要求較高，另不銹鋼具有熱導率小、線脹系數大、電阻率大的特點，現場質控過程中從人、機、料、法、環五個方面進行質量把控，電站不銹鋼管道焊接具有良好的合格率，特別是厚壁不銹鋼管道，焊接射線檢驗一次合格率接近100%。