石油天然氣建設工程的焊接質量控制

解慶生，王健

（北京興油工程項目管理有限公司，北京100083）

1 焊接方法及應用

石油天然氣設備及工藝管道、長輸管道的焊接均為熔化焊，焊接方法主要包括：焊條電弧焊、鎢極氣體保護焊、自保護藥芯焊絲半自動焊、熔化極氣體保護電弧焊（自動焊）[1]。由于焊條電弧焊的使用靈活、方便、低成本，應用廣泛應用所有建設工程。鎢極氣體保護焊因成型好、少渣的優點主要應用于站場工藝管線的根焊。半自動及自動焊由于效率較高，主要應用與長輸管道的焊接，也可應用于站內塔類、容器類殼體。

2 母材金屬材質及主要用途

因長輸管道、站內工藝管道、塔類、容器類設備絕大多數都是鋼制，本文只對鋼材進行討論。鋼大致可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4 個類別。Ⅰ類鋼包括碳素鋼；Ⅱ類鋼指低合金高強度鋼；Ⅲ類鋼主要有鉻鉬鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼；Ⅳ類鋼主要為奧氏體鋼及奧氏體與鐵素體雙相鋼。石油天然氣建設工程主要使用的是Ⅱ類、Ⅲ類鋼中的優質碳素鋼、低合金高強度鋼、耐熱鋼、低溫鋼和不銹鋼等。

碳素鋼主要分為普通碳素鋼與優質碳素鋼。普通碳素鋼主要牌號有：Q215、Q235、Q245R、Q275。主要用途為鋼結構、管道支架、容器支座等結構支撐構件，Q245R 可用于壓力容器的制造。優質碳素鋼因為其添加了微量的合金元素，而提高了強度和韌性，主要牌號有：Q295、Q345、Q420、20、20G、L415、L450、L485 等，L415、L450 為管線鋼（對應API 標準的X60、X70），Q295、Q345、Q420 為高強度結構鋼，20G 是鍋爐用鋼[2]。

合金高強度鋼因加入了合金元素，從而獲得特殊性能，如耐熱鋼、不銹鋼、低溫鋼等。

耐熱鋼在高溫條件下，具有抗氧化性和足夠的強度以及良好的耐熱性能。合金元素以鉻、鉬為主，總量一般不超過5%，牌號有12CrMo、12CrMoV、15CrMo 等，主要用于蒸汽管線，鍋爐鋼管等；不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的增加而降低，大多數不銹鋼的含碳量均較低，最大不超過1.2%。主要合金元素是Cr（鉻），一般含量至少為10.5%，具有耐蝕性，還有一定的耐熱性。主要牌號有：06Cr19Ni10、06Cr19Ni11Ti，主要用途為耐酸管線、耐酸容器等；低溫鋼在0℃以下溫度范圍使用，仍具有良好韌性而不會發生冷脆現象。在LNG 液化廠、LNG 接受站等LNG 工程中，低溫壓力容器、閥門、鋼管在低溫（-165～-196℃）下仍能保持足夠的強度，廣泛采用9Ni 低溫鋼進行制造。

3 焊接材料基本知識及選取

常用焊接材料分為手工焊條、埋弧焊焊絲、二氧化碳保護焊焊絲、氬弧焊焊絲等。由于焊接行業與國際的接軌，焊條標準也已采用與國際標準相同的牌號，而由于焊條生產商一直沿用根據舊焊條生產國家標準制定的廠標和工業生產的焊條使用習慣，所以舊標準的焊條牌號沿用至今，按照焊條使用條件可以分為：結構鋼焊條（J）、不銹鋼焊條（AG）、耐熱鋼焊條（R）、低溫鋼焊條（W）、鑄鐵焊條（Z）。

3.1 手工焊條與實心焊絲

焊條是在金屬焊芯外將涂料(藥皮)均勻、向心地壓涂在焊芯上。為了保證焊縫的質量與性能，對焊芯中各金屬元素的含量都有嚴格的規定，特別是對有害雜質（如硫、磷等)的含量，應有嚴格的限制，并優于母材。按照藥皮熔化后形成的熔渣氧化物比例K可分為堿性焊條與酸性焊條（K＞1.5 為堿性，K＜1.5為酸性，例如，牌號中J421、J422、J423、J424、J425 屬于酸性焊條，而J426、J427 為堿性低氫焊條。E4303 是酸性焊條，E4315是堿性焊條。合金鋼焊接選用焊條時，焊條不僅要適合合金鋼的用途，還應考慮母材金屬材質的主要合金元素，由于焊縫性能不能低于母材，故焊條熔敷金屬合金元素含量也不能低于母材合金元素含量。碳鋼、低合金鋼熔化極氣體保護焊、二氧化碳保護焊、氬弧焊焊絲的選用可參照GB/T 8110—2008《氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》。

3.2 常見焊條型號的含義與應用

E4303——熔敷金屬抗拉強度420MPa 焊接位置是全位置、藥皮類型是鈦鈣型、交直兩用焊接電源的焊條，相當于焊條牌號的J422，應用于一般強度等級的非重要結構焊接，如Q235-AF、20。

E4315——熔敷金屬抗拉強度420MPa 焊接位置是全位置、藥皮類型是低氫鈉型、直流反接電源的焊條，相當于焊條牌號的J427，應用于一般強度等級的重要結構焊接，如Q235-D、20G[3]。

4 焊接質量控制一般程序與內容

焊接質量控制一般程序與內容包括：線路或工藝管線、設備安裝施工方案審查→焊接工藝審核→焊工資格審核：發證機構、有效期、批準項目等→上崗考試→焊前檢查：焊材選用與管理、坡口、組對、錯邊量、預熱→焊接過程中檢查：電流、電壓值、層間溫度等→外觀檢查：余高、錯邊量、焊縫寬度等→無損檢測→焊后熱處理和硬度檢驗（如需要）→下道工序。

4.1 焊工資格審核及管理

應按TSG Z6002—2010《特種設備焊接操作人員考核細則》對批準項目、有效期、焊工方法、鋼類別、焊接位置等重要信息對資格進行審核。由于承壓類設備及管道的質量安全責任重大，所以正式焊接前應對焊工進行上崗考試。

4.2 焊接工藝評定

利用所擬定的焊接工藝對試件進行焊接，然后通過無損檢測和力學性能試驗對焊縫進行質量檢驗。凡符合要求的，評為合格，否則為不合格，必須重新擬定焊接工藝，再次評定。根據焊接工藝評定，制定相應的焊接工藝規程，報送監理、業主同意后，方可用于焊接作業。焊接工藝評定審查內容主要包括：評定機構的資質和人員資格、焊材、工藝參數、前熱后熱要求、無損檢測結果、力學性能試驗結果等。

5 建設工程焊接質量控制要點

5.1 焊接工藝

焊材、坡口形式與參數、組對參數（組對間隙、錯邊量、直線度、垂直度、平面度，站內工藝管線排管還須控制管道間隙偏差、端部偏差、垂直度偏差）、預熱、施焊工藝參數（電壓/電流值、層間溫度）、外觀檢查（蓋面外觀成形、錯邊量、焊縫余高、焊縫寬度、外咬邊、焊渣飛濺）、后熱及焊后熱處理、硬度檢驗。

5.2 無損檢測

無損檢測可為不合格焊縫的返修提供依據，對缺陷的產生進行原因分析，在焊接過程中加以控制，以提高焊接質量。石油天然氣建設工程常用的無損檢測方法有RT、UT、TOLD、AUT/PAUT（長輸管道）、PT、MT。無損檢測方法的采用與執行標準應遵循設計文件。

6 結語

作為工程建設的管理者，了解、掌握了金屬材質、焊接材料、焊接方法與工藝、焊工資格相關規定，再根據設計文件、建設工程相關標準規范、項目管理程序與經驗，把握質量控制與管理的關鍵環節，是達到焊接質量目標的必由之路。