提高S31803双相不锈钢管线焊接质量

陈不友，袁启东，姜荦荦，冯俊岩，郝 静

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

通过攻关课题活动，深入施工现场调查双相钢管线的焊缝缺陷类别与发生频率，设定焊缝合格率目标值，分析现场焊缝缺陷产生的根本原因，制定了相应的有效控制措施。审查焊工资质，安排焊工进行岗前操作练习及考试，组织焊工参加焊接专业理论知识培训，进而提高焊工的操作技能，改善焊接作业条件，安排施工现场做好挡风挡雨措施，检查管件组对符合要求，确保氩气保护措施到位、焊工严格按照焊接工艺规程要求进行施焊[1]，检查焊缝外观质量，并对焊缝进行NDT检验，从而保证双相不锈钢管线的焊接质量。

1 选择课题

1.1 选题理由

1）公司与项目质量要求

双相不锈钢管线的焊缝质量指标，一次合格率要求达到98.0%以上。

2）工程要求

双相不锈钢管线的焊缝质量要求高，焊缝检验比例为：100%VT＋100%PT＋100%RT。

3）现场出现的问题

双相不锈钢管线刚开始在陆地预制焊接时，焊缝出现大量缺陷，焊缝合格率只有90.4%。

4）以往经验

在以往项目中攻关取得了丰富的双相不锈钢焊接经验，成效显著。

1.2 确定课题

基于上述理由，攻关课题选为：提高双相不锈钢管线的焊接质量。

2 现场调查及目标值分析

2.1 现场调查

在项目开始施工前，先在陆地对双相不锈钢管线进行预制工作，对已完成焊接的13道6寸双相不锈钢管线焊口进行NDT检验，VT与PT检测结果合格，每道焊口拍片数量为4张，RT检测共52张片子，其中5张片子不合格，焊缝合格率为：检查合格片子数量/检查片子总数量=90.4%，焊缝缺陷情况见表1。

表1 双相不锈钢管线焊缝缺陷统计表（活动前）

2.2 目标值的可行性分析

设定双相不锈钢管线的焊缝合格率达到98.0%以上。通过现场调查得知，气孔主要是导致双相不锈钢管线焊缝不合格的主要原因，如果能消除焊缝气孔缺陷，焊缝合格率将提高7.7%，即提高到98.1%，达到了公司与项目的质量目标值。

3 原因分析

从人、料、法、环等方面对焊缝的主要缺陷进行原因分析, 对查出的9条末端因素进行逐条确认。

3.1 确认选用电流参数

现场调查结果显示，双相不锈钢管线焊接所使用的电流分别为148 A与150 A，均在焊接工艺规程要求的130～170 A范围内，电流参数符合要求。

3.2 确认焊工有无双相不锈钢管线的焊接经验

结果显示，焊工具有相应且在有效期内的资质证书，并查阅其近3年各项目中的双相不锈钢管线焊接记录。记录表明，在以往的项目中焊工曾参与过双相不锈钢管线的焊接工作，具有丰富的焊接经验。

3.3 确认氩气纯度

厂家提供的气体成份报告：氩气纯度为99.99%；焊缝经过RT检验，未出现密气孔缺陷，氩气纯度符合焊接工艺要求。

3.4 确认坡口打磨与组对

管件坡口使用磨光机打磨，磨片材质为不锈钢，坡口表面及附近范围内光滑亮泽；管线采用V型坡口对接，管线组对内部齐平，坡口角度为60°，根部间隙为3 mm[2]，符合焊接工艺要求。

3.5 确认预热与层间温度

现场查看焊接记录，预热温度≥20 ℃，层间温度≤150 ℃[3]，均符合焊接工艺要求。

3.6 确认挡风措施

双相不锈钢管线在陆地厂房内进行施焊，厂房挡风措施良好，风速≤2 m/s[4]，符合施工条件要求。

3.7 确认氩气保护是否到位

现场调查发现焊缝根部被氧化，RT底片上显示在焊缝根部有气孔，背面氩气保护不到位，为导致缺陷的主要因素，不符合要求。

3.8 确认焊接工艺方法

焊接工艺规程要求采用多层多道焊，可以有效控制热输入与层间温度。焊工现场采用的是多层单道焊，导致每道焊缝热输入增加，不符合焊接工艺要求。

3.9 确认收弧时操作是否合理

焊缝经过RT检验，底片上显示在收弧地方有缩孔缺陷，确认收弧时操作不当，不符合操作要求。

综上所述，产生焊缝气孔的主要原因：

1）背部氩气保护不到位。

2）焊接工艺不合理。

3）焊接收弧时操作不当。

4 制定对策

针对上述主要原因，制定了对策表，见表2。

5 对策实施

双相不锈钢管线材质为SA-240 S31803，焊接方法：GTAW，正背面采用氩气保护[5]。

5.1 采用有效的充氩措施

5.1.1 背面充氩方案

1）采用背面充氩保护工艺，以避免焊缝根部氧化或产生气孔。不仅第2层打底时需要充氩保护，第2层氩弧焊仍需充氩保护。

2）大径管充氩方法。一般情况下，可制作专用工具；无法采取专用装置时，可用耐高温硬纸板配合耐温胶布等材料在焊口附近形成密闭气室。

3）充氩位置：

（1）从开孔处进行充氩；（2）利用对口间隙，将细长铜管或双相不锈钢管敲扁后通过坡口伸进焊接区域，进行充氩保护；（3）从管道开口端，利用制作的充氩工具进行充氩。

5.1.2 焊接参数要严格按照焊接工艺要求

1）氩气流量：正面13～20 L/min；背面20～25 L/min。

2）根部焊缝厚度不少于3 mm，防止填充烧穿打底层，造成根部氧化及产生气孔。

实施效果：采用有效的充氩措施，消除了根部氧化及根部焊缝气孔。如图1所示。

图1 背面充氩

5.2 采用多层多道焊接

施焊时，送丝速度与焊枪运动应相适应，在坡口间隙较大的情况下，焊丝应跟着焊枪作横向摆动，焊丝熔化时，不得离开氩气保护区，以免高温氧化或产生气孔从而影响焊接质量。双相不锈钢管线的焊缝金属结晶时冷却速度快，当层间温度过高时，焊缝内部的氢气会无法及时逸出，未逸出的氢气在焊缝内部产生氢气孔。为了有效地控制热输入与层间温度，焊缝填充及盖面采用多层多道焊接。多层多道焊缝厚度薄，温度易于控制，熔池流动性均匀易于焊工操作，焊缝熔透性强，焊缝金属结晶好，焊缝表面即均匀又美观。

实施效果：焊缝填充及盖面选择了多层多道焊接工艺，焊缝内部及表面未出现气孔及未熔合缺陷。如图2所示。

图2 多层多道焊

5.3 采用引弧或者打磨方式

收弧时，焊接速度应适当减缓，以增加焊丝的填充量，待熔池填满后不再加丝，同时应立即将电弧引至坡口边缘，快速灭弧。当采用圆圈收弧时，收弧点焊缝会由于焊丝未填满而产生缩孔，或者焊丝填充过多而熔池流动不好进而导致氩气保护不到位，使收弧焊缝产生气孔。气孔缺陷不得用熔化法清除，缩孔或者收弧焊缝应采用磨光机进行打磨，打磨即可以消除收弧缺陷并有利于下一步的起弧焊接。

实施效果：收弧时选择了引弧或者打磨方式，清除了收弧缩孔。如图3所示。

图3 打磨收弧焊缝

6 效果检查及巩固

6.1 效果检查

项目的现场焊缝进行100%VT＋100%PT＋100%RT检测，检测结果都合格，符合规范要求，焊接合格率达到100%。消除了焊缝缺陷，提高了双相不锈钢管线的焊接质量，焊接合格率达到了公司与工程的质量要求。

6.2 巩固措施

在以后的施工中还需要不断地摸索，对焊工加强理论知识培训，提高焊工的实践操作技能，选择合理的焊接工艺，改善焊接作业条件，提高焊接作业效率，加强现场焊接过程监控，分析焊缝缺陷的原因所在，排除存在的各种不利因素，严格控制焊接质量关，确保焊接合格率满足工程的要求。

7 结论

通过从人、料、法和环等方面对焊缝的主要缺陷进行原因分析，在现场调查找出主要因素的基础之上，制定了合理的对策并高效进行实施，从而消除了双相不锈钢管线的气孔、未熔合等焊缝缺陷，提高了双相不锈钢管线的焊接质量，取得了预期的成效。双相不锈钢管线焊接质量的提高，既加快了陆地的预制工作进度，又满足了海上平台工艺管线的安装需求。本文为双相不锈钢管线的焊接质量控制提供了成功的经验。