公用管廊工艺管道焊接施工工艺探讨

来巍巍

中国化学工程第十一建设有限公司 河南开封 475000

某公用管廊工艺管道采用A335- P22 管道，该材料作为单相奥氏体组织，其耐腐蚀性能及耐高温性能良好，但超厚管道焊接过程中受到焊接应力、扩散氢及淬硬组织的作用下容易出现冷裂纹。除此以外P22 耐热钢在焊接时还存在再热裂纹、热影响区的硬化等问题，由此造成一系列质量问题的产生。

1 焊接前准备工作

1.1 焊接前开展技术交底

焊接技术人员结合现场焊接实际情况，根据焊接工艺评定报告编制针对性强的焊接工艺卡以指导现场焊接施工，这样才能为焊接施工时高质量施工提供保障。除此以外，在焊接施工前，要对操作人员就技术及安全开展技术交底，将交底记录详细记录下来。

1.2 焊接设备

所使用的焊接设备的工作状态要良好，要具有较高安全性，要能显示工艺参数，其工作容量应满足要求，设备的功能应满足焊接要求。焊接施工前，要全面检查并测试焊接设备，确保设备不存在故障，经测试合格后才能使用。由专业电工对焊机进行接线，要求做好焊机外壳的接地处理，禁止焊工自行操作[1]。当焊接过程中需要暂停作业时，禁止焊工在焊件上直接放置焊钳。施工时要求根据铭牌上的额定负载持续率及额定电流使用。当需要中断作业或者完成作业后及时将焊机的电源切断。

1.3 气体规定

氩弧焊所使用的氩气纯度不能低于99.99%。活性气体保护自动焊混合气所使用的二氧化碳气体浓度不能低于99.99%，含水量要控制在0.005%以内，要在进行预热及干燥后才能投入使用。当气瓶的气压低于0.98MPa 时需要停止使用。

1.4 焊接材料

焊接过程中所使用的焊接材料必须具有由厂商所提供的质量说明书，不能低于国家现行标准及材料制造标准的规定。使用材料之前，需要由监理及设计院开展检查及验收。焊条的质量需要满足国家现行标准的要求，焊条的药皮应当紧密包括焊芯，焊条的偏心度要满足相关规定，目测检验要求药皮不能存在空洞、凸节、剥落、杂质、气泡及裂纹等质量缺陷。焊丝应密封、完好地包装，其表面要洁净、光滑，不能存在油污及其他赃物。手工钨极氩弧焊所使用的铈钨极应满足焊接工艺评定的要求。

1.5 管道

采用机械加工的方法进行耐热钢焊件的切口及坡口加工。将焊件垫牢固后才能进行组对，不能出现强行组对的情况，要采取有效措施避免焊接及热处理过程中焊件出现变形和产生附加应力。

管道组对时，为了确保对口间隙可满足要求，应设置组对间隙片，间隙要大于焊丝的直径。管件或管子组对时要确保内壁齐平，内壁的错边量不能超过0.5mm。管道的外壁差在2mm 以上或内壁差在0.5mm 以上时，为了确保焊接质量需要进行修边[2]。

1.6 焊接环境要求

当面临以下情况而没有防护措施时，要停止焊接作业：第一，焊接表面存在霜降、表面潮湿、被冰雪覆盖，下雪、大雾、下雨天气；第二，焊接环境温度不能满足焊接所需要的温度，或对焊工焊接造成影响；第三，相对湿度超过90%；第四，气体保护焊时，风速超过2 米每秒；手工电弧焊时，风速超过8m/ s。

2 焊接工艺

2.1 手工钨极氩弧焊

手工钨极氩弧焊时，焊工正确持枪，对喷嘴的高度及焊枪的角度进行随时调整，要求能同时确保保护效果及对熔池的观察。打底焊时要求不能在焊接过程中停止，要求做到一步到位，对打底焊缝进行检查，检查结果合格后才能对盖面进行填充。送丝时要求均匀送丝，禁止在保护区内搅动以免空气被卷入。

氩弧焊枪可适当横向摆动以保证焊道宽度足够，为坡口两侧的焊接质量提供保障，但摆动时不能对熔池的保护效果造成破坏，摆动的幅度及频率都要严格控制，完成打底焊的焊接后，在开始第二层的焊接时禁止烧穿打底焊的焊道，否则会造成背面剧烈氧化或焊道下凹。

打底焊和焊接填充层时需要重视对接头质量的控制，控制接头质量时，要求熔池贯穿至接头底部，保证接头部位的熔透效果；除此以外还要在原弧坑的后面重新引弧，让焊缝重叠20～30mm，重叠部位仅加少量焊丝或不加焊丝。

收弧时操作不当可引起弧坑裂纹或者弧坑深度过深而造成焊缝质量降低，严重时还需要进行返修。收弧的关键在于采取措施逐渐减少热量的输入，例如可通过拉长电弧、调整焊枪角度及加快速度等方法。封闭焊缝收弧时常用稍微拉长电弧的方法，焊缝重叠20～40mm，重叠部分可少加焊丝或不加焊丝。停弧后，氩气需要延迟保护收弧部位10s 后关闭以免金属在高温下被氧化。

2.2 手工电弧焊

手工电弧焊操作过程中需要调节的是焊接电流，电弧电压、焊接速度均为焊工控制，要根据焊道层次、焊接位置及焊条的直径等合理选择焊接电流，施焊时焊工结合实际对焊接电流进行随时调整。焊接过程中，焊工应结合具体情况，以确保熔合效果、确保焊缝的外形及尺寸可满足要求为前提，对焊接速度进行适当调整。电弧电压直接影响着焊缝的宽度，一般而言焊接时要将电弧的长度控制为焊条直径的0.5～1 倍。

3 焊后检验

检验焊缝的外观时，采用肉眼、放大镜对焊缝的性质及缺陷进行检查，采用焊接检验尺测量表面缺陷。检查焊缝的外观时，要求焊缝表面不存在补焊或加工的痕迹，其表面应保持原始、光滑均匀，焊缝及热影响区域不能存在夹渣、弧坑、气孔、裂纹等缺陷，融化的金属不能流道焊缝以外的母材上，焊道与母材之间的过渡要平缓。错边上，错边不能超过2mm。就宽度上，焊缝要焊出坡口边缘1～2mm，宽度不超过3mm。焊缝不能存在未焊满的情况。

当焊缝没有通过无损检测及外观检查时，需要对焊缝进行返修，按照原检测方法对返修后的焊缝质量进行检验。

4 管道焊接过程中出现的问题及原因

4.1 焊接缺陷情况

第一批焊接管道的焊口共计20 道，焊接管道及热处理工作完成后采用射线检测的方法检测焊接质量。结果显示共计240 张X 线片中一次合格212 张，共计28 张不合格，一次焊接率88.33%，一次焊接率相对较低。统计分析不合格的点，发现缺陷主要集中在裂纹、夹杂、气孔上，除此以外还有少量未熔合、气孔及其他问题。

该批次管道焊接不合格的缺陷主要为裂纹、夹杂、气孔，其中裂纹问题是最为明显的问题，要想提高管道焊接合格率就必须采取切实措施减少缺陷的产生。统计发现超过30mm 的管道是最容易出现裂纹的管道，裂纹主要集中在母材或融合线木材热影响区，只有少数在焊缝上。

4.2 排查缺陷产生的原因

从人、机、料、法、环、测六大方面分析焊接缺陷产生的原因。焊工技术水平不高可能是造成焊接缺陷的产生原因，为此需要通过理论考试、实际操作的途径确认其专项技能可满足要求，要求其焊工全部及格。

控制柜温度控制不当可引焊接后裂纹的产生，为此需要通过审核控制柜证书及现场确认的方法确认电加热控制柜的温度控制性能，是否能正常运行，要求证书合格、有效，控制柜温度控制正常，合格率100%。焊接时电流不稳定可能引起焊接裂纹及气孔的产生，为此采用施工时测量的方法来确认负载时电流平稳状况，要求电流平稳率100%。管道焊接过程中需要冲氩保护，氩气纯度不满足要求则可造成气孔产生，为此需要采用随机抽样的方法测定氩气的纯度，要求纯度不低于99.99%。

焊条不规范使用可造成裂纹、气孔及夹渣等缺陷，如焊条没有烘干、焊丝清洁度不足都可造成焊接缺陷的产生，为此采用现场检查外观的方法确认焊条及焊丝的质量，要求焊条完全按照规范烘干，焊丝目测不能存在锈蚀。坡口打磨要求做到干净，当打磨不到位时则容易造成夹渣产生，对此需要采用现场测量比较的方法确认坡口打磨质量，要求坡口表面不能存在锈污，单边打磨宽度不低于30mm，外露金属光泽合格率100%。

焊接操作时焊条摆动幅度不合理、焊接分层不合理、层间厚度不合理可引起裂纹的产生，为此需要采用现场检查的方法确认焊接分层、分道、焊条摆动幅度是否满足规范要求，要求单层焊接厚度在焊条的直径以内，焊接时焊条摆动的幅度在焊条直径的3 倍以内。坡口角度过小可引起裂纹产生，为此需要采用现场测量的方式确认坡口角度，要求坡口角度完全满足设计图纸及规范的要求。焊接过程中空气湿度较大可增加裂纹及气孔的产生，为此需要采用实际测量的方法确认空气湿度，要求空气湿度不超过90%。焊接施工时风速过大可对焊接操作造成影响而引起气孔产生，为此需要采用风速仪测定焊接时现场风速，要求氩弧焊时焊接风速在每秒2m 以内。

该管道的管壁厚度较大，需要较长时间完成焊接作业，焊接过程中要求电加热控制柜连续工作，电弧也会增加焊口的温度，这造成层间温度难以全程维持在250～350℃区间内，层间温度控制不到位容易造成裂缝产生。为此需要采用施工时测量的方法定时测定焊口的温度，要求焊口实际温度全程维持在250～350℃区间内。管件与管材内口错壁较多可造成气孔、夹渣的产生，为此需要采用施工测量的方法测定单边内口错壁情况，要求管道内壁差是壁厚的10%且不能超过1mm，厚度不等时则要求内壁差控制在1mm 以内。

4.3 焊接缺陷产生的原因及对策

通过实际检测，发现焊接缺陷的产生主要原因包括在于：风速大；焊条摆动幅度、焊接分层级层间厚度控制不到位；坡口角度过小；焊口层间温度控制不到位。

针对由于风速引起的焊接缺陷，需要搭设防风棚，做好对风速的检测，要求焊接作业点的风速不超过2m/ s。针对焊条摆动幅度、焊接分层级层间厚度控制不到位造成的缺陷，需要由专人就焊接速度、焊接电流等技术要点对焊接人员开展技术交底。针对坡口角度过小造成的焊接缺陷，由专人检查坡口加工现场中的坡口加工质量，要求操作人员提高测量频率，及时调整加工刀具的角度，进而为加工坡口的角度提供保障。针对焊口层间温度控制不到位引起的焊接质量缺陷，提高温度检测频率，从原本的每小时1 次提高为每小时2 次；安排专人对温度控制工作负责以免由于预热温度不合理造成焊接质量差；夜间停焊阶段，采用自动控制系统全程维持焊口温度介于250～300℃区间内。

经整改后再次统计分析焊口探伤检测结果，无损检测底片共计220 张，一次合格216 张，不合格4 张，一次合格率98.18%。

5 结语

管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的增大,管道运行压力的增高,这些都对公用管廊工艺管道环焊接头的性能要求更高, 这就需要研发高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配。