西二线东段特殊焊接工艺探讨与研究

胡乾彬 梁晨 胡娜拉

摘要：文章介绍了西二线东段焊接的施工特点、工艺原理、施工工艺、主要材料及机具，纠偏测量及控制、沉降、位移监测、质量控制和应用实例。特别就焊接接头局部脆性问题的解决方法制作了重点阐述.

关键词：西气东输二线焊接局部脆性

Abstract: the article introduces the second line of welding the construction characteristics, process principle, construction technology, the main materials and tools, correction measurement and control, settlement, the displacement monitoring, quality control and the application example. Special welding joint local brittle problem solution making with emphasis.

Key words: the second line of west-east gas ，welding ，local brittle

中圖分类号： TG44 文献标识码：A文章编号：

引言

从西气东输一线到西气东输二线线路施工，天然气输送用管钢级从X70 迅速提高到了X80，焊接的要求也相应的提高了一个层次。目前西二线采用的管道钢材正是X80钢，此种钢为低合金高强度钢，C含量0.1-0.14%，加入微量Nb、V、Ti等，提高了钢材的强度和韧性。尽管X80钢是高强度、高韧性的钢材，但是由于在焊接过程中焊接热影响区是一个在成分、组织、晶粒度以及性能等方面均有较大差异的不均匀体，因此在焊接热影响区晶粒粗大的地方容易出现产生焊接接头的局部脆性区, 造成钢材冲击韧度下降。为避免出现焊接接头局部脆性区，目前在西二线施工中采取了特殊的焊接工艺。

过程与质量控制

西二线采用的破口形式是双V型坡口，采用二氧化碳气体保护焊进行焊接，利用环形加热器进行加热以确保层间温度。西二线工程对焊接工艺的控制主要是从打底焊和填充盖帽两个关键工序进行控制：

一、打底焊采用RMD短弧控制技术， RMD技术的根焊不仅融合性能好，而且大小间隙均可实现填充，焊道成形更加美观。RMD焊接技术应用于根焊过程中产生的飞溅相对较小，在保证了管道内部清洁的同时也减少了清根的工序；同时在焊接同样一道焊口RMD管道焊接技术比传统根焊技术节省了一半的时间，大大提高了施工效率。RMD焊接在根焊过程中产生的接头很少，这降低了焊接缺陷出现的机率，提高了焊接质量。

二、填充盖帽采用的是自保护药芯半自动焊，其工艺的特点是： 1) 生产效率高，节省电能。由于CO2气体保护焊的电流密度大，可达100~300A/mm2，因此电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，同时焊后不需要清渣，所以能够显著提高效率，节省电能。

2)焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉，对于焊前的生产准备要求不高，焊后清理和校正工时少，所以成本低。

3)焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和CO2气体具有较强的冷却作用，使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时，变形很小。

4)对油、锈产生气孔的敏感性较低。所以在焊接前必须将坡口处母材清理干净。尤其对于较难施工的水网段。

5)焊接中含氢量少，所以提高了焊接低合金高强钢抗冷裂纹的能力。

6)熔滴采用短路过渡时可用于立焊、仰焊和全位置焊接。

7)电弧可见性好，有利于观察，焊丝能准确对准焊接线，尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接。

缺陷原因分析

目前西二线东段管道工程焊接质量是在控制范围之内，但是在焊接质量方面我们的焊口还在存在着一些缺陷，归纳为以下几种：

通过上面的数据我们能够看出，气孔缺陷是焊接中出现的最主要的缺陷，经过对底片进行仔细观察比对，我们得出这些气孔大部分分布在焊缝表面，比较分散，断面为螺钉状可以判断出主要是氢气孔；部分底片里面气孔成堆出现，经判断为氮气孔；有少量底片里气孔分布在焊接内部，呈条虫状，可以判断出为CO气孔。

电弧区的氢主要来自焊丝、坡口表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。油污为碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高温下都能分解出氢气。减少熔池中氢的溶解量，不仅可防止氢气孔，而且可提高焊缝金属的塑性。所以，一方面焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈，另一方面应尽可能使用含水分低的CO2气体。CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。氮气的来源：一是空气侵入焊接区；二是CO2气体不纯。由于CO2气体不纯引起氮气孔的可能性不大。焊缝中产生氮气孔的主要是由于保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊接区所致。产生的主要原因可能是由于喷嘴被焊接飞溅堵塞或者喷嘴离工件太远，所以在焊接之前必须做好检查调试，确保焊接质量。焊接过程中在第1层打底焊时，由于熔池铁水受重力作用下坠，加上电弧吹力受坡口阻碍而形成的反作用力， 铁水粘连到下坡口表面容易形成未熔合；在最后一层盖面时，由于大部分焊工担心焊道上缘出现咬边， 使焊丝与下坡口面的夹角过小，造成熔池下方熔深过浅，下坡口处焊缝容易出现未熔合。

未熔合产生的原因主要有两种，一是电流过小热输入过小、板件表面不干净；二是焊接中热输入过小，热量过小、温降过快，或出现未熔合处热量不够、温降过快。为避免未熔合的出现，焊接中必须注意以下几点：1、板件要处理干净；2、加粗焊丝、增大电流；3、焊接运丝时保证能往两边舔，这样熔化的金属液有足够的热量来熔化两边的表层金属，避免出现此类未熔合。

夹渣的主要类型的是氧化膜型夹杂物，是由高的行走速度所造成的，所以应该减小行走速度，提高电弧电压。

产生未焊透的主要原因是焊接过程中电流过小、热输入过小，所以在焊接中应该适当控制送丝速度以度获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适，使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深，使电弧处在熔池的前沿。

在施工中出现金属裂纹主要有以下几个原因：1. 焊丝或工件表面不清洁（有油、锈、漆等）；2.多层焊的第一道焊缝过薄，焊缝深宽比太大；3.焊道太窄（特别是底层焊道）；4.焊缝末端处的弧坑冷却过快.针对以上几种施工存在的问题我们采取以下方案来防止缺陷的出现：1.焊接前必须清理干净坡口以及焊丝；2.打底焊时必须控制好焊接厚度保持在2mm-3mm，增大电弧电压或减小焊接电流，以加宽焊道而减小熔深；3.减慢行走速度，以加大焊道的横截面；4.采用衰减控制以减小冷却速度，适当地填充弧坑，在完成焊缝的顶部采用分段退焊技术，一直到焊缝结束。

四、结语：

通过对西二线工程焊接工艺所采取的技术与常见缺陷进行分析，得出以下结论，那就是施工方必须在各道工序的实施中严格参照施工规范进行施工。具体体现在：严格按照上述各种焊接缺陷的预防策略进行应对，做好对焊接过程中各项参数的调节，从而达到控制质量减少返修几率的目的，便于提高施工效率，保质保量的打造好精品工程，保证施工企业的市场声誉和竞争力。

作者简介：

胡乾彬，男，1982年生，石油大学工程管理专业2004年毕业，工程师。