浅谈管道在沙漠地区的施工焊接质量控制

孙振波（山东胜利建设监理股份有限公司，山东 东营 257000）

0 引言

2020年－2021年，笔者有幸参加了西北油田顺北油气田五号联合站建设工程。该工程位于欧亚大陆深处的塔里木盆地中北部、塔克拉玛干大沙漠北缘沙漠腹地，远离海洋。受塔克拉玛干大沙漠的影响，形成了典型的极端干旱的荒漠气候，其主要气候特点是：春季大风，夏季炎热且干旱，降水稀少，蒸发强烈，风沙活动剧烈且沙尘暴天气较多，冬季寒冷干燥，早晚温差较大。这些气候特征，势必对管道焊接造成不利影响。

1 常见焊接缺陷及其成因分析

管道从组对到焊接完成，常见的焊接质量缺陷包括可以通过肉眼观测到的焊缝咬边、低于母材、错边量超标、表面气孔、弧坑、焊缝成形差等表面缺陷，以及通过无损检测方式检测到的裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等内在缺陷。

1.1 夹 渣

夹渣是指焊缝内部存在的铁锈、熔渣或其他介质。在沙漠地区施工时，这种缺陷的发生几率最大。夹渣在焊道层间及焊口根部均有可能存在，其中最常见的就是层间夹渣。夹渣形状各异，大小不一，其中危害最大的是条形等尖锐性夹渣，在应力的作用下，影响焊道的塑性，使其出现裂纹并延展，导致焊缝强度下降，进而造成焊缝开裂。

夹渣产生的原因为：防沙措施不到位，导致空气中的细小沙尘熔入焊道；在多层焊接时，焊丝、焊条等产生的熔渣层间清理不干净、不彻底，导致熔渣埋入焊道；工艺参数选择不当，如焊接电流较小，导致焊缝熔渣不能浮出熔池；坡口太小，焊条角度和运条方法不合理，或是上层焊道与坡口形成了夹角，导致熔渣不能充分融化。

1.2 气 孔

气孔的形成原因有很多种，在管道焊接时，气孔形成的原因一般是焊缝熔池中产生的气体在融化金属凝固时没有逸出。每年的3月到9月，是塔克拉玛干沙漠的风季，基本每天都会出现沙尘天气，焊接过程中，若未采取挡风措施，或者采取的挡风措施不合理，就极易出现气孔。气孔缺陷的主要形式有单一气孔、带形气孔、密集气孔等。气孔是常见的焊接缺陷，它的存在使焊缝的有效截面减小，破坏了焊缝的致密性。

气孔产生的原因为：管道坡口表面的铁锈、油污等杂质未清理或清理不干净；焊机电压及电流不稳，焊接线能力过小，熔池冷却速度过大，气体来不及溢出；焊材未烘干，药皮里的水份在焊接的高温下分解为气体；未采取有效的挡风措施，使焊缝熔池冷却过程中混入气体。

1.3 未焊透与未熔合

未焊透是指管道母材没有熔化，焊缝金属没有进入焊缝根部的现象，分为根部未焊透和中间未焊透。未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的现象，按未熔合的部位分为根部未熔合、层间未熔合和坡口未熔合。未焊透和未熔合对管道的危害极大，它减少了焊缝的有效截面积，严重影响了焊缝的力学性能。同时属于开口性缺陷，又造成了应力集中。在管道承载应力状态下，未焊透和未熔合有可能发展成裂纹，导致焊缝开裂。

未焊透与未熔合产生的原因为：坡口加工不合理，角度偏小，或组对间隙不够；焊接热输入偏低，电弧偏斜，坡口有污物；层间清理过度，造成坡口处形成沟槽等。

1.4 烧 穿

烧穿是指焊接过程中，熔化金属突破熔池，从坡口背面流出，造成穿孔的现象。烧穿现象减少了焊缝的有效截面积，在管道运行时，烧穿部位会造成应力集中，影响管道的使用寿命。

烧穿产生的原因为：焊接时电流选择不当，钢管壁厚比较薄时电流选择相对过大；焊接时焊工操作不当或技术不熟练，焊条运条过慢，使焊条在焊缝中停留的时间过长；清理焊道层间时过度打磨，造成根部焊道的厚度偏小。

1.5 咬 边

咬边，主要是指焊接过程中焊材熔化金属未能覆盖住钢管母材的坡口，在焊道边缘的母材上出现被电弧烧熔的凹槽或者低于母材的凹点。咬边深度小于0.5 mm或者壁厚的10%时，咬边不会造成严重后果；但咬边深度大于0.5 mm或者壁厚的10%时，会减小焊缝的有效截面，对焊缝的力学性能产生严重的影响，使焊缝强度降低。

咬边产生的原因为：电弧过长，电流过大，导致焊缝熔池熔敷不到位；焊条运条方式和角度不当，焊条摆动不到位，出现电弧偏吹；焊条在坡口两侧停留时间过长。

1.6 内 凹

内凹是指焊道根部向上收缩，低于母材下表面的缺陷。管道焊接时，发生内凹缺陷的几率相对较低，内凹都是在焊道打底时产生的，内凹减薄了焊缝的有效截面积，严重时减小了焊缝的强度，易造成焊缝开裂。

内凹产生的原因为：对口间隙过大，钝边薄，根部焊道太宽；电流选择不当，熔池温度过高，电弧在熔池内同一个位置的时间过长；电弧的推力不够，形成垂直于焊缝的气流。

2 质量控制措施

以上焊接质量缺陷的发生，归根结底是焊接过程中焊接工艺不当造成的，只有在焊接过程中严格按照焊接工艺评定和焊接作业指导书继续焊接作业，合理施工，才能将其减少甚至消除。焊接缺陷控制采用的方法如下。

2.1 正式焊接前的质量控制措施

正式焊接前，适当加强磨合，根据焊接工艺评定和焊接作业指导书、当地气候条件及每个人的焊接习惯，在焊接工艺要求的范围内合理调整焊机的电流，在后续的正式焊接中，尽量保证每名焊工定焊机、定焊接参数，避免因焊机变化或电流改变导致焊接过程出现质量缺陷。

2.2 坡口打磨时的质量控制措施

坡口打磨时，依照焊接工艺评定和焊接作业指导书的要求，结合焊工的习惯，在焊接工艺要求的范围内确定坡口角度和钝边厚度，尤其是坡口加工后的打磨，更要严格检查，确保满足各项焊接需要。

2.3 焊口组对时的质量控制措施

焊口组对时，在满足焊接工艺评定和焊接作业指导书的前提下，还应根据焊工的不同焊接手法，确定合理的组对间隙，间隙不应过大或过小。组对后的定位焊应与正式焊被同等对待，并由持证焊工进行，保证焊接后的焊口质量。

2.4 焊接过程中的质量控制措施

焊接过程的控制是保证焊接质量最关键的环节。在焊接中，主要应注意以下几个方面。

（1）引弧：引弧应尽量靠近焊接位置，严禁在坡口以外的钢管表面引弧。

（2）焊接：同一层焊道的焊接接头处应打磨干净在进行焊接，避免层间出现夹渣；焊接的起弧点应与收弧点错开20 mm以上，避免烧穿；焊接过程中应连续焊接，同时控制好焊道层间的温度，避免因管道自身承载而造成的裂纹。

2.5 影响焊接的其他因素

（1）温度：温度是影响焊接质量的重要因素。在沙漠地区，天气炎热，白天气温最高可达50℃以上，沙子表面的温度更是达到70℃以上。焊接作业时，要承受太阳的暴晒，焊接手套等防护用具也不利于人体散热，使人体力消耗巨大，同时还要忍受焊接时电弧产生的高温，焊工难免会出现注意力不集中等情况，导致焊接缺陷的产生。

（2）风力：每年的3月到9月是塔克拉玛干的风季，几乎每天都存在着大风施工的问题。采取合理的挡风措施可以有效避免焊接过程中出现气孔等缺陷。

3 管道焊接工艺要求

3.1 打底焊接工艺

管道焊接中的打底焊采用氩弧焊，焊接按照从下到上的顺序，在管道打底的电焊起弧位置和收弧位置可采用角磨机打磨出一定角度的接头斜口。压力管道的底层焊缝必须焊接均匀，不能烧穿或未焊透。在采用氩弧焊进行管道打底焊接前，应在试板上进行试焊，其主要目的是检验所使用的氩气中是否含有杂质,避免氩气纯度不够，影响焊接质量。氩弧焊焊接时，使用氩气的纯度应在99.9﹪以上，含水量小于50 mm/L。此外,采用氩弧焊施焊时应注意风力的影响，防止在管道焊接过程中受外界因素的影响造成焊接质量问题，如大风天气在室外进行焊接等。管道底部焊缝接头位置应采用角磨机打磨光滑，不得存在漏焊或焊瘤。管道打底焊接完成后应对所有的焊缝进行质量检查，然后进行填充焊缝的焊接，避免打底焊缝出现裂纹。

3.2 管道中层焊接工艺

管道根部焊道焊接完成后，应将飞溅及焊渣清理干净，并对焊缝表面外观进行全面检查，如果有不符合质量要求的，应将其打磨后重新焊接；将焊缝同母材连接处清理干净，避免影响焊接质量。焊缝接头同根部焊缝接头间距不小于10 mm。管道中层施焊过程中禁止在焊接层的表面引弧；中层焊接完成后应及时将焊渣及焊接过程中产生的飞溅清理干净，然后对焊接质量进行全面的检查，发现存在焊接质量隐患问题，应将焊接位置打磨后重新焊接。

3.3 管道盖面焊接工艺

管道盖面的焊材一般依据焊缝的厚度而选用。在焊接过程中焊材的起弧、收弧处应同中层焊缝接头错开，禁止在中层焊缝表面引弧；管道盖面焊缝应保持完整，盖面同管道焊接处呈圆滑过渡；盖面焊缝表面不能出现气孔、夹渣以及裂纹等。焊缝表面咬边深度和长度超标时应修磨后重新焊接；盖面焊接完毕后，应将焊接位置的熔渣清理干净，并应将焊缝表面进行清理，避免在管道防腐前发生锈蚀。

3.4 管道焊接检查

在管道焊接过程中，应派专职质检员对每个焊缝进行检查，包括管道材质、管道规格、焊材选用以及焊接过程中焊接电流。管道焊接完毕后，对管道上的每一个焊缝做好标识，为后期焊缝质量检查工作及对焊工的考核工作提供依据。管道焊接完成后，应及时填写管道焊接工作记录，并存档。

4 管道焊接质量控制需注意的问题

（1）管道焊接施工中，技术人员必须严格按照工程设计、施工验收标准规范及工程实际情况科学编制管道施工方案，并在施工前对施工班组进行技术交底。建立健全管道焊接质量保证体系，明确参与焊接施工的各人员的职责并进行定期的考核，考核结果同薪资挂钩，这种做法可有效增强施工人员的责任心，对提高焊接质量意义重大。

（2）在管道焊接施工中,所有焊接施工人员必须要持有质监局颁发的特种设备作业人员证和安监局颁发的特种作业操作证，并在同类工程中具有丰富的焊接经验。焊接作业前，必须经过焊工入场考试。在焊接施工过程中，所有的焊工必须严格按照焊接工艺评定和焊接作业指导书进行焊接，不得随意更改焊接参数方法。

（3）压力管道材料的种类比较多，比如20#、304、316L、12Cr5Mo、15CrMo等，在焊接过程中存在异种钢焊接的情况，其焊接工艺参数很难得到有效控制。因此，为了保证压力管道焊接质量，避免管道焊接在焊缝表面出现裂纹、咬边、夹渣、气孔或者未熔合等质量问题，需要在焊接施工前对各种焊接材料的性能及焊接要求等进行全面的了解和掌握。

5 结语

这是笔者首次在塔克拉玛干沙漠进行项目建设，起初，在面对当地的恶劣环境及各种困难时，焊接质量出现过问题，一度直接影响到工程的进度。笔者不断在实践中总结经验、汲取教训并进行运用，在质量控制方面取得了很大的突破，为工程按时高标准竣工投产打下了良好的基础。