雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制

楊小波，趙崢，王永鋒

（天津大港油田集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司，天津 300280）

筆者在天津大港油田集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司三分公司長(zhǎng)期從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制是一項(xiàng)復(fù)雜且對(duì)專業(yè)知識(shí)有嚴(yán)格要求的工作，在開(kāi)展郝灘采出水處理站工程高壓注水管線的雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作過(guò)程中，時(shí)刻秉承質(zhì)量至上的原則，對(duì)自己所負(fù)責(zé)的工作區(qū)域嚴(yán)格負(fù)責(zé)，在郝灘采出水處理站改造工程開(kāi)工前根據(jù)工程施工焊接工藝評(píng)定編制相對(duì)應(yīng)的焊接工藝規(guī)程及焊接工藝指導(dǎo)卡，編制正確的施工工序技術(shù)質(zhì)量交底，對(duì)焊接材料及施工材料進(jìn)行檢驗(yàn)與報(bào)驗(yàn)，保證工程在質(zhì)量受控的條件下開(kāi)工。施工過(guò)程中對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)的質(zhì)量檢查，對(duì)于存在的質(zhì)量隱患及時(shí)予以解決，積極開(kāi)展自檢、互檢、專檢環(huán)節(jié)，質(zhì)量控制通過(guò)率均達(dá)到100%，期間并未出現(xiàn)任何的質(zhì)量事故，得到了業(yè)主、監(jiān)理和公司的一致認(rèn)可。現(xiàn)將筆者在雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作中的要點(diǎn)與策略作如下的分析論述。

1 雙相不銹鋼管道焊接前的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在雙相不銹鋼管道焊接前的質(zhì)量控制中，筆者重點(diǎn)從焊接材料選擇、焊接材料保護(hù)及坡口加工及焊接前組對(duì)與預(yù)熱三方面著手，可以取得良好的質(zhì)量控制效果。具體的質(zhì)量控制要點(diǎn)分析如下：

（1）焊接材料選擇：2205雙相不銹鋼管具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，在煉油工業(yè)和石油化工工業(yè)中的應(yīng)用尤為廣泛，筆者所在單位目前所應(yīng)用的也是2205雙相不銹鋼管。2205雙相不銹鋼管的元素以Cr、Ni、Si、N、Mo、Mn為主，表1是2205雙相不銹鋼管主要化學(xué)成分。其中的Cr、Si及Mo均是鐵素體形成元素，Ni、Mn及N是奧氏體形成元素[1]。焊絲與焊條的化學(xué)成分種類(lèi)和母材是一樣或近似于一樣，但是通常情況下會(huì)因?yàn)楹附訜嵫h(huán)作用而導(dǎo)致焊材中所含有的合金元素含量高于母材。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，只需要將雙相不銹鋼的焊接接頭兩相中單相比例控制在30%～60%即可有效滿足接頭的力學(xué)性能要求，而奧氏體的含量則需要控制為60%～65%即可滿足接頭的力學(xué)性能要求，同時(shí)有效提升雙相不銹鋼管的耐腐蝕性能[2]。因此，筆者在焊接材料選擇時(shí)嚴(yán)格保證Ni與Mn的含量稍微高于母材，焊材中的氮元素則稍微低于母材。除此之外，筆者考慮到雙相不銹鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接條件，為有效提升焊接效率與質(zhì)量，通過(guò)與項(xiàng)目部的其他技術(shù)人員商議決定采用氬弧打底加焊條電弧焊填充蓋面的焊接方法，為了更有效確保焊接結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)氧化的情況，在焊接頭根部特別采用了充氬保護(hù)，應(yīng)用效果十分顯著。

表1 2205雙相不銹鋼管主要化學(xué)成分（%）

（2）焊接材料保護(hù)及坡口加工：長(zhǎng)期的實(shí)踐工作發(fā)現(xiàn)，2205雙相不銹鋼管接頭抗腐蝕性能和力學(xué)性能極易受到任何形式的油污、水分污染及油脂污染的影響。因此，在實(shí)際焊接工作過(guò)程中，筆者常駐焊接現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格控制好2205雙相不銹鋼管的成品保護(hù)，嚴(yán)禁出現(xiàn)與碳鋼、低熔點(diǎn)金屬或其他的雜質(zhì)接觸的情況。在坡口加工中，優(yōu)先選用機(jī)械加工法，在加工過(guò)程中務(wù)必保護(hù)好坡口，避免出現(xiàn)坡口氧化的情況。需要特別注意的一點(diǎn)是，2205雙相不銹鋼管因?yàn)楹需F素體，所以磁性較弱，在焊口打磨時(shí)筆者指導(dǎo)操作人員切勿在同一個(gè)方向長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行打磨處理，未出現(xiàn)焊縫金屬融合不佳的現(xiàn)象，最終保證了2205雙相不銹鋼管的切口加工質(zhì)量。

（3）焊接前組對(duì)與預(yù)熱：2205雙相不銹鋼管材質(zhì)強(qiáng)度較高，且延伸性較小，因而實(shí)際開(kāi)展焊接工作時(shí)筆者對(duì)組對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，嚴(yán)禁存在帶強(qiáng)力組對(duì)，以此避免焊接完成后出現(xiàn)殘余應(yīng)力較大的現(xiàn)象。另外，在長(zhǎng)期的工作中筆者發(fā)現(xiàn)，一旦焊接過(guò)程中存在焊接變形的情況，后期無(wú)法得到有效的矯正，因而極易導(dǎo)致2205雙相不銹鋼管的焊接質(zhì)量受到較大的影響。針對(duì)這種情況，筆者在完成管線的組對(duì)工作后立即用錫箔紙對(duì)坡口進(jìn)行密封，管道內(nèi)部制作過(guò)程中全程采用充氬保護(hù)裝置，可以對(duì)焊接背面起到良好的保護(hù)作用。除此之外，在2205雙相不銹鋼管焊接前不進(jìn)行預(yù)熱處理，如果發(fā)現(xiàn)管線壁厚較大或焊接現(xiàn)場(chǎng)的溫度較低，必要時(shí)可以采取預(yù)熱處理。

2 雙相不銹鋼管道焊接時(shí)的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在開(kāi)展雙相不銹鋼管道焊接時(shí)，筆者認(rèn)為要想實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量控制目標(biāo)，必須重點(diǎn)做好定位焊、焊接線能量與層間溫度控制及其他的注意事項(xiàng)。焊接時(shí)的質(zhì)量控制要點(diǎn)分析如下。

（1）定位焊：待管線組對(duì)工作完成后即可以開(kāi)展定位焊，定位焊時(shí)優(yōu)先選用較大的焊接熱輸入，并對(duì)定位焊縫長(zhǎng)度作嚴(yán)格的控制，以此避免在焊接過(guò)程中因?yàn)楹缚p冷卻速度過(guò)大而對(duì)焊縫的耐腐蝕性產(chǎn)生影響。

（2）焊接線能量與層間溫度控制：2205雙相不銹鋼管的優(yōu)勢(shì)在于具有良好導(dǎo)熱性和較小的熱膨脹系數(shù)，這為焊接工藝的有效使用提供了條件。為了有效提升焊接效率焊接時(shí)采用較大線能量，所采用的線能量不會(huì)對(duì)接頭產(chǎn)生熱裂紋和殘余應(yīng)力。但是需要注意的一點(diǎn)是，在應(yīng)用較大線能量時(shí)務(wù)必合理安排焊接順序依次確保焊縫有足夠的冷卻時(shí)間。筆者在進(jìn)行焊接時(shí)嚴(yán)格將層間溫度控制在150℃以內(nèi)，但實(shí)際焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著線能量的不斷增大，冷卻速度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致奧氏體析出時(shí)間有所延長(zhǎng)，最終出現(xiàn)了一系列的質(zhì)量問(wèn)題，比如焊縫組織變得粗大，焊縫和熱影響區(qū)之間的鐵素體含量有所減少，均對(duì)接頭的韌性和耐腐蝕性有所影響。因此，在后續(xù)開(kāi)展此項(xiàng)工作時(shí)筆者嚴(yán)格將焊接線能量控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，保證焊接的兩相組織區(qū)域保持在平衡狀態(tài)內(nèi)。除此之外，在焊接過(guò)程中殘余應(yīng)力和軸向應(yīng)力均會(huì)隨著管線壁厚的增加而發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為殘余應(yīng)力和軸向應(yīng)力有所增加[3]。為避免出現(xiàn)這種情況，筆者采用窄焊縫多次焊接，在焊接過(guò)程中盡量保證焊條不出現(xiàn)橫向擺動(dòng)，可以有效降低焊接的殘余應(yīng)力，同時(shí)也可以保證層間溫度不會(huì)出現(xiàn)太高的情況。如圖1，這是筆者2205雙相不銹鋼管焊接現(xiàn)場(chǎng)試樣。

圖1 焊接現(xiàn)場(chǎng)試樣

（3）焊接過(guò)程中的其他注意事項(xiàng)：在焊接過(guò)程中務(wù)必嚴(yán)格遵循2205雙相不銹鋼管焊接相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為有效確保焊縫有良好的成型，一方面嚴(yán)格按照相關(guān)的焊接工藝評(píng)定執(zhí)行，另一方面對(duì)層間上出現(xiàn)的熔渣及時(shí)進(jìn)行打磨。待焊接完成后對(duì)2205雙相不銹鋼管冷卻溫度進(jìn)行觀察，重點(diǎn)觀察其在350℃～280℃和800℃～475℃下的停留時(shí)間。之所以在這兩個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀察，原因在于2205雙相不銹鋼管極易在475℃～800℃下產(chǎn)生碳化物和氮化物，而在280℃～350℃下極易出現(xiàn)過(guò)渡時(shí)效，不論是哪一種情況均會(huì)導(dǎo)致焊接接頭出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，尤其是會(huì)對(duì)其接頭的韌性產(chǎn)生影響[4]。

3 雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量控制要點(diǎn)

對(duì)雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量控制應(yīng)重點(diǎn)放在焊縫缺陷檢查、兩相比例均衡性測(cè)定及焊縫硬度的測(cè)定三方面，以此確保雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量。具體的控制要點(diǎn)分析如下：

（1）焊縫缺陷檢查：通過(guò)無(wú)損檢測(cè)單位對(duì)本次2205雙相不銹鋼管焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，焊口一次探傷合格率達(dá)到97.8%，可以滿足預(yù)先設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)，由此也表明2205雙相不銹鋼管焊接前和焊接時(shí)的質(zhì)量控制工作有效，整個(gè)質(zhì)量控制方案有較強(qiáng)的可行性和科學(xué)性。

（2）兩相比例均衡性測(cè)定：專業(yè)的質(zhì)檢單位通過(guò)隨機(jī)抽取50道已經(jīng)完成的焊口，通過(guò)鐵素體檢測(cè)儀器對(duì)焊縫的相比例進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)50道焊口所含有的鐵素體比例均可以達(dá)到30-45%?？傮w而言，焊口的鐵素體和奧氏體相比例有良好的均衡性，可以很好的滿足2205雙相不銹鋼管接頭各方面的性能需求，焊接質(zhì)量良好。

（3）焊縫硬度測(cè)定：專業(yè)質(zhì)檢團(tuán)隊(duì)從質(zhì)量良好的焊接作業(yè)探傷合格焊口中隨機(jī)抽取了50道焊口，選用HV-30鐵素體檢測(cè)儀，重點(diǎn)對(duì)焊縫熱影響區(qū)的硬度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果顯示焊縫的硬度與母材的硬度幾乎不存在差異，焊道和母材之間并沒(méi)有出現(xiàn)較為明顯的硬度起伏，同時(shí)熱影響區(qū)的硬度稍微高于母材。對(duì)本次的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行綜合分析后可以得出，此次2205雙相不銹鋼管焊接的各項(xiàng)力學(xué)性能均可以滿足預(yù)先的質(zhì)量控制目標(biāo)，且未出現(xiàn)焊接作業(yè)過(guò)程的中的風(fēng)險(xiǎn)事件，整個(gè)焊接工作順利完成。

總的來(lái)說(shuō)，在開(kāi)展雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作過(guò)程中，要做到焊接質(zhì)量的全過(guò)程監(jiān)管和動(dòng)態(tài)監(jiān)管，一方面，在雙相不銹鋼管道焊接前，要合理選用焊接材料，確保管線正確組對(duì)，以此為2205雙相不銹鋼管焊接質(zhì)量控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面，焊接過(guò)程中要選擇合適的焊接工藝，尤其是要控制好焊接線能量和層間溫度，確保兩相均衡性和綜合力學(xué)性能滿足2205雙相不銹鋼管焊接質(zhì)量要求。除此之外，在整個(gè)焊接過(guò)程中均要嚴(yán)格遵循相關(guān)的焊接原則，貫徹和落實(shí)2205雙相不銹鋼管焊接要點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

2205雙相不銹鋼管焊接會(huì)受到多種因素的影響，極易對(duì)焊接質(zhì)量造成影響，為有效確保焊接質(zhì)量，要重點(diǎn)從焊接前、焊接時(shí)和焊接后三個(gè)階段開(kāi)展質(zhì)量控制，遵循相關(guān)的焊接原則和要點(diǎn)，以此確保焊接效率與質(zhì)量，保證后續(xù)項(xiàng)目施工的科學(xué)性與安全性。