公用管廊工藝管道焊接施工工藝探討

來巍巍

中國化學工程第十一建設有限公司 河南開封 475000

某公用管廊工藝管道采用A335- P22 管道，該材料作為單相奧氏體組織，其耐腐蝕性能及耐高溫性能良好，但超厚管道焊接過程中受到焊接應力、擴散氫及淬硬組織的作用下容易出現冷裂紋。除此以外P22 耐熱鋼在焊接時還存在再熱裂紋、熱影響區的硬化等問題，由此造成一系列質量問題的產生。

1 焊接前準備工作

1.1 焊接前開展技術交底

焊接技術人員結合現場焊接實際情況，根據焊接工藝評定報告編制針對性強的焊接工藝卡以指導現場焊接施工，這樣才能為焊接施工時高質量施工提供保障。除此以外，在焊接施工前，要對操作人員就技術及安全開展技術交底，將交底記錄詳細記錄下來。

1.2 焊接設備

所使用的焊接設備的工作狀態要良好，要具有較高安全性，要能顯示工藝參數，其工作容量應滿足要求，設備的功能應滿足焊接要求。焊接施工前，要全面檢查并測試焊接設備，確保設備不存在故障，經測試合格后才能使用。由專業電工對焊機進行接線，要求做好焊機外殼的接地處理，禁止焊工自行操作[1]。當焊接過程中需要暫停作業時，禁止焊工在焊件上直接放置焊鉗。施工時要求根據銘牌上的額定負載持續率及額定電流使用。當需要中斷作業或者完成作業后及時將焊機的電源切斷。

1.3 氣體規定

氬弧焊所使用的氬氣純度不能低于99.99%。活性氣體保護自動焊混合氣所使用的二氧化碳氣體濃度不能低于99.99%，含水量要控制在0.005%以內，要在進行預熱及干燥后才能投入使用。當氣瓶的氣壓低于0.98MPa 時需要停止使用。

1.4 焊接材料

焊接過程中所使用的焊接材料必須具有由廠商所提供的質量說明書，不能低于國家現行標準及材料制造標準的規定。使用材料之前，需要由監理及設計院開展檢查及驗收。焊條的質量需要滿足國家現行標準的要求，焊條的藥皮應當緊密包括焊芯，焊條的偏心度要滿足相關規定，目測檢驗要求藥皮不能存在空洞、凸節、剝落、雜質、氣泡及裂紋等質量缺陷。焊絲應密封、完好地包裝，其表面要潔凈、光滑，不能存在油污及其他贓物。手工鎢極氬弧焊所使用的鈰鎢極應滿足焊接工藝評定的要求。

1.5 管道

采用機械加工的方法進行耐熱鋼焊件的切口及坡口加工。將焊件墊牢固后才能進行組對，不能出現強行組對的情況，要采取有效措施避免焊接及熱處理過程中焊件出現變形和產生附加應力。

管道組對時，為了確保對口間隙可滿足要求，應設置組對間隙片，間隙要大于焊絲的直徑。管件或管子組對時要確保內壁齊平，內壁的錯邊量不能超過0.5mm。管道的外壁差在2mm 以上或內壁差在0.5mm 以上時，為了確保焊接質量需要進行修邊[2]。

1.6 焊接環境要求

當面臨以下情況而沒有防護措施時，要停止焊接作業：第一，焊接表面存在霜降、表面潮濕、被冰雪覆蓋，下雪、大霧、下雨天氣；第二，焊接環境溫度不能滿足焊接所需要的溫度，或對焊工焊接造成影響；第三，相對濕度超過90%；第四，氣體保護焊時，風速超過2 米每秒；手工電弧焊時，風速超過8m/ s。

2 焊接工藝

2.1 手工鎢極氬弧焊

手工鎢極氬弧焊時，焊工正確持槍，對噴嘴的高度及焊槍的角度進行隨時調整，要求能同時確保保護效果及對熔池的觀察。打底焊時要求不能在焊接過程中停止，要求做到一步到位，對打底焊縫進行檢查，檢查結果合格后才能對蓋面進行填充。送絲時要求均勻送絲，禁止在保護區內攪動以免空氣被卷入。

氬弧焊槍可適當橫向擺動以保證焊道寬度足夠，為坡口兩側的焊接質量提供保障，但擺動時不能對熔池的保護效果造成破壞，擺動的幅度及頻率都要嚴格控制，完成打底焊的焊接后，在開始第二層的焊接時禁止燒穿打底焊的焊道，否則會造成背面劇烈氧化或焊道下凹。

打底焊和焊接填充層時需要重視對接頭質量的控制，控制接頭質量時，要求熔池貫穿至接頭底部，保證接頭部位的熔透效果；除此以外還要在原弧坑的后面重新引弧，讓焊縫重疊20～30mm，重疊部位僅加少量焊絲或不加焊絲。

收弧時操作不當可引起弧坑裂紋或者弧坑深度過深而造成焊縫質量降低，嚴重時還需要進行返修。收弧的關鍵在于采取措施逐漸減少熱量的輸入，例如可通過拉長電弧、調整焊槍角度及加快速度等方法。封閉焊縫收弧時常用稍微拉長電弧的方法，焊縫重疊20～40mm，重疊部分可少加焊絲或不加焊絲。停弧后，氬氣需要延遲保護收弧部位10s 后關閉以免金屬在高溫下被氧化。

2.2 手工電弧焊

手工電弧焊操作過程中需要調節的是焊接電流，電弧電壓、焊接速度均為焊工控制，要根據焊道層次、焊接位置及焊條的直徑等合理選擇焊接電流，施焊時焊工結合實際對焊接電流進行隨時調整。焊接過程中，焊工應結合具體情況，以確保熔合效果、確保焊縫的外形及尺寸可滿足要求為前提，對焊接速度進行適當調整。電弧電壓直接影響著焊縫的寬度，一般而言焊接時要將電弧的長度控制為焊條直徑的0.5～1 倍。

3 焊后檢驗

檢驗焊縫的外觀時，采用肉眼、放大鏡對焊縫的性質及缺陷進行檢查，采用焊接檢驗尺測量表面缺陷。檢查焊縫的外觀時，要求焊縫表面不存在補焊或加工的痕跡，其表面應保持原始、光滑均勻，焊縫及熱影響區域不能存在夾渣、弧坑、氣孔、裂紋等缺陷，融化的金屬不能流道焊縫以外的母材上，焊道與母材之間的過渡要平緩。錯邊上，錯邊不能超過2mm。就寬度上，焊縫要焊出坡口邊緣1～2mm，寬度不超過3mm。焊縫不能存在未焊滿的情況。

當焊縫沒有通過無損檢測及外觀檢查時，需要對焊縫進行返修，按照原檢測方法對返修后的焊縫質量進行檢驗。

4 管道焊接過程中出現的問題及原因

4.1 焊接缺陷情況

第一批焊接管道的焊口共計20 道，焊接管道及熱處理工作完成后采用射線檢測的方法檢測焊接質量。結果顯示共計240 張X 線片中一次合格212 張，共計28 張不合格，一次焊接率88.33%，一次焊接率相對較低。統計分析不合格的點，發現缺陷主要集中在裂紋、夾雜、氣孔上，除此以外還有少量未熔合、氣孔及其他問題。

該批次管道焊接不合格的缺陷主要為裂紋、夾雜、氣孔，其中裂紋問題是最為明顯的問題，要想提高管道焊接合格率就必須采取切實措施減少缺陷的產生。統計發現超過30mm 的管道是最容易出現裂紋的管道，裂紋主要集中在母材或融合線木材熱影響區，只有少數在焊縫上。

4.2 排查缺陷產生的原因

從人、機、料、法、環、測六大方面分析焊接缺陷產生的原因。焊工技術水平不高可能是造成焊接缺陷的產生原因，為此需要通過理論考試、實際操作的途徑確認其專項技能可滿足要求，要求其焊工全部及格。

控制柜溫度控制不當可引焊接后裂紋的產生，為此需要通過審核控制柜證書及現場確認的方法確認電加熱控制柜的溫度控制性能，是否能正常運行，要求證書合格、有效，控制柜溫度控制正常，合格率100%。焊接時電流不穩定可能引起焊接裂紋及氣孔的產生，為此采用施工時測量的方法來確認負載時電流平穩狀況，要求電流平穩率100%。管道焊接過程中需要沖氬保護，氬氣純度不滿足要求則可造成氣孔產生，為此需要采用隨機抽樣的方法測定氬氣的純度，要求純度不低于99.99%。

焊條不規范使用可造成裂紋、氣孔及夾渣等缺陷，如焊條沒有烘干、焊絲清潔度不足都可造成焊接缺陷的產生，為此采用現場檢查外觀的方法確認焊條及焊絲的質量，要求焊條完全按照規范烘干，焊絲目測不能存在銹蝕。坡口打磨要求做到干凈，當打磨不到位時則容易造成夾渣產生，對此需要采用現場測量比較的方法確認坡口打磨質量，要求坡口表面不能存在銹污，單邊打磨寬度不低于30mm，外露金屬光澤合格率100%。

焊接操作時焊條擺動幅度不合理、焊接分層不合理、層間厚度不合理可引起裂紋的產生，為此需要采用現場檢查的方法確認焊接分層、分道、焊條擺動幅度是否滿足規范要求，要求單層焊接厚度在焊條的直徑以內，焊接時焊條擺動的幅度在焊條直徑的3 倍以內。坡口角度過小可引起裂紋產生，為此需要采用現場測量的方式確認坡口角度，要求坡口角度完全滿足設計圖紙及規范的要求。焊接過程中空氣濕度較大可增加裂紋及氣孔的產生，為此需要采用實際測量的方法確認空氣濕度，要求空氣濕度不超過90%。焊接施工時風速過大可對焊接操作造成影響而引起氣孔產生，為此需要采用風速儀測定焊接時現場風速，要求氬弧焊時焊接風速在每秒2m 以內。

該管道的管壁厚度較大，需要較長時間完成焊接作業，焊接過程中要求電加熱控制柜連續工作，電弧也會增加焊口的溫度，這造成層間溫度難以全程維持在250～350℃區間內，層間溫度控制不到位容易造成裂縫產生。為此需要采用施工時測量的方法定時測定焊口的溫度，要求焊口實際溫度全程維持在250～350℃區間內。管件與管材內口錯壁較多可造成氣孔、夾渣的產生，為此需要采用施工測量的方法測定單邊內口錯壁情況，要求管道內壁差是壁厚的10%且不能超過1mm，厚度不等時則要求內壁差控制在1mm 以內。

4.3 焊接缺陷產生的原因及對策

通過實際檢測，發現焊接缺陷的產生主要原因包括在于：風速大；焊條擺動幅度、焊接分層級層間厚度控制不到位；坡口角度過小；焊口層間溫度控制不到位。

針對由于風速引起的焊接缺陷，需要搭設防風棚，做好對風速的檢測，要求焊接作業點的風速不超過2m/ s。針對焊條擺動幅度、焊接分層級層間厚度控制不到位造成的缺陷，需要由專人就焊接速度、焊接電流等技術要點對焊接人員開展技術交底。針對坡口角度過小造成的焊接缺陷，由專人檢查坡口加工現場中的坡口加工質量，要求操作人員提高測量頻率，及時調整加工刀具的角度，進而為加工坡口的角度提供保障。針對焊口層間溫度控制不到位引起的焊接質量缺陷，提高溫度檢測頻率，從原本的每小時1 次提高為每小時2 次；安排專人對溫度控制工作負責以免由于預熱溫度不合理造成焊接質量差；夜間停焊階段，采用自動控制系統全程維持焊口溫度介于250～300℃區間內。

經整改后再次統計分析焊口探傷檢測結果，無損檢測底片共計220 張，一次合格216 張，不合格4 張，一次合格率98.18%。

5 結語

管道建設用鋼管強度等級的提高，管徑和壁厚的增大,管道運行壓力的增高,這些都對公用管廊工藝管道環焊接頭的性能要求更高, 這就需要研發高質量的焊接材料和高效率的焊接方法與之匹配。