中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司 （四川成都 610041） 宋代詩雨 秦 璇 劉永茜

靖邊至西安天然氣輸氣管道三線系統(tǒng)工程輸氣管道全長(zhǎng)約475.8km，設(shè)計(jì)管徑900mm，輸氣能力90×108m3/a。靖西三線系統(tǒng)工程線路部分一標(biāo)段于2011年6月10日率先打火開焊，全長(zhǎng)99.1 km，主要地形地貌為沙草灘地、淺丘平原和黃土丘陵。由于淺丘平壩地區(qū)大部分地段地勢(shì)起伏不大，且坡度較緩，而黃土丘陵地區(qū)起伏較大，坡度較陡，所以線路工程采用流水化焊接機(jī)組和山地機(jī)動(dòng)機(jī)組相配合的施工作業(yè)方式。

1. 焊接工藝要求

靖西三線主線路管道選用X70鋼級(jí)，直徑914mm、壁厚為11.1～19.1mm的3PE防腐鋼管。焊接工藝方法采用SMAW（根焊）+FCAW（熱焊、填充焊、蓋面焊），其中根焊采用焊條手工下向焊，熱焊、填充焊、蓋面焊采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)下向焊。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)采用SY/T4103—2006、Q/SYGJX0110—2007（焊縫外觀檢查及驗(yàn)收?qǐng)?zhí)行GB 50369—2006）。焊接工藝要求如下：接頭及坡口形式為V形對(duì)接；坡口角度α=45°～47°；鈍邊p=1.5～1.8mm；間隙b=2.5～4.0mm；錯(cuò)邊量≤1.7mm；預(yù)熱溫度100～200℃；層間溫度50～150℃，無需焊后熱處理；焊縫余高h(yuǎn)≤2.0mm，局部不得超過3.0mm；蓋面焊縫寬w保證每側(cè)應(yīng)比坡口表面寬0.5～2.0mm；打磨掉管端螺旋焊縫端部10mm范圍內(nèi)余高，并平緩過渡；兩管口螺旋焊縫錯(cuò)開間距≥100mm；坡口兩側(cè)每側(cè)加熱寬度≥50mm；根焊與熱焊時(shí)間間隔≤10min；熱焊、填充焊、蓋面焊的焊絲干伸長(zhǎng)度為焊絲直徑的10～15倍。焊接坡口接頭設(shè)計(jì)如圖1所示，焊道層要求如圖2及表1所示。

圖1 接頭設(shè)計(jì)

圖2 焊道層

表1 焊接層數(shù)

2. 現(xiàn)狀分析

靖邊至西安三線系統(tǒng)工程一標(biāo)段百口磨合階段共開設(shè)5個(gè)作業(yè)機(jī)組。開焊15天后，焊口射線檢測(cè)一次合格率偏低，僅為92%，焊口返修共計(jì)29處。為此，我們對(duì)各類返修缺陷出現(xiàn)的頻次進(jìn)行分析整理統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

表2 返修頻次統(tǒng)計(jì)

由表2可知，造成一標(biāo)段百口磨合階段焊口一次焊接檢測(cè)合格率低的主要缺陷是返修頻次最高的氣孔，其次是未熔合、夾渣。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)際分析，得出了造成以上四種影響因素的主要原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)督檢查工作不到位、施工人員違規(guī)操作、現(xiàn)場(chǎng)管理人員未對(duì)特殊情況采取相應(yīng)對(duì)策等。

根據(jù)分析結(jié)果，將焊口一次焊接檢測(cè)合格率偏低的原因進(jìn)行了進(jìn)一步的要因和非要因分類。

要因方面：第一，焊工在重要施工環(huán)節(jié)上常常忽視必要施工準(zhǔn)備或進(jìn)行違規(guī)操作。第二，技術(shù)和施工人員往往依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或標(biāo)準(zhǔn)制定工藝無針對(duì)性地進(jìn)行操作，忽略了具體工程中的焊接工藝評(píng)定要求。第三，現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員對(duì)方法認(rèn)識(shí)不足，質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，缺少對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)以及關(guān)鍵參數(shù)的把控、跟蹤和監(jiān)督力度。第四，施工現(xiàn)場(chǎng)輔助措施的不完善也是一次焊接合格率偏低的要因之一。在黃土地區(qū)工程焊接施工中，需要采取的措施很多，但由于工期緊，任務(wù)量大，所以現(xiàn)場(chǎng)沒有嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行實(shí)施。

非要因方面：焊工缺少具體工程的技術(shù)培訓(xùn)是一重要原因。雖然現(xiàn)場(chǎng)的焊工每人經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考試都有上崗證，但是沒有充分考慮焊工考試合格的項(xiàng)目是否與其從事的焊接工作吻合一致。

3. 對(duì)策的制定與實(shí)施

根據(jù)上述分析，針對(duì)一次焊接檢測(cè)合格率偏低的要因，我們對(duì)提高一次焊接合格率進(jìn)行了可行性論證。在此基礎(chǔ)上制定了靖西三線系統(tǒng)工程一標(biāo)段百口磨合階段提升管道一次焊接合格率的目標(biāo)：力爭(zhēng)在目前一次檢測(cè)合格率92%的基礎(chǔ)上，提高一次焊接檢測(cè)合格率≥95%。

圍繞以上目標(biāo)，提出了從根本上把控焊接缺陷、嚴(yán)格進(jìn)行施工管理、重視施工現(xiàn)場(chǎng)輔助措施、完善現(xiàn)場(chǎng)機(jī)制等幾方面內(nèi)容以供現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐，并在施工過程中重點(diǎn)對(duì)以下兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控和落實(shí)。

（1）重視焊前準(zhǔn)備及技術(shù)措施 其中對(duì)坡口檢查、試件清理、加熱溫度上限等條件和參數(shù)再次進(jìn)行了明確。特別就對(duì)口器的撤離條件作出額外要求：在根部焊道承受鋪設(shè)應(yīng)力比正常情況高，且有可能發(fā)生裂紋的情況下，需完成下一焊道后撤離內(nèi)對(duì)口器；采用外對(duì)口器時(shí)，應(yīng)保證根焊道均勻?qū)ΨQ完成50%以上后撤離，對(duì)口支撐和吊具則應(yīng)在根焊道全部完成后方可撤離。

（2）焊接缺陷的把控 通過對(duì)返修焊口的分析，對(duì)造成氣孔、未熔合、夾渣及燒穿等缺陷的因素從焊接工藝角度進(jìn)行了重點(diǎn)把控。有針對(duì)性地采取措施，從而避免上述缺陷的產(chǎn)生。

氣孔缺陷：氣孔主要產(chǎn)生在外表面的蓋面層內(nèi)，從焊接工藝角度分析，蓋面層產(chǎn)生氣孔的主要原因有以下幾個(gè)方面：①焊絲傾角不對(duì)。焊絲傾角應(yīng)垂直或前傾，如果后傾角度過大將造成熔池溫度體積增大、熔池溫度升高，吸收氣體量增加，大量的氣體來不及逸出形成氣孔。②蓋面層熔敷金屬厚度過大，造成焊接速度減慢，較大體積的熔池流動(dòng)速度大于焊接前行速度，藥渣前溢（超過焊絲位置）熔池鐵液與表面熔渣不能通過電弧的吹力而分開，造成氣體不能逸出形成氣孔。③蓋面時(shí)焊接參數(shù)偏大，尤其是在管口的垂直段和下爬坡段焊接時(shí)參數(shù)過大容易造成熔池體積增大，鐵液的流動(dòng)速度加大，藥渣前溢鐵液與藥渣不能有效地分開形成氣孔。

未熔合缺陷：從焊接工藝角度看，未熔合主要在根焊時(shí)背部產(chǎn)生的單邊未焊透或接頭不當(dāng)產(chǎn)生的凹陷處，以及在熱焊和蓋面焊接過程中熔敷金屬與坡口交接處形成。①對(duì)口不當(dāng)造成的錯(cuò)邊量過大，根焊時(shí)兩側(cè)鈍邊受熱不均勻造成單邊未焊透。②坡口鈍邊過大，正常的焊接速度和焊接參數(shù)不足以熔化鈍邊，形成單邊未焊透。③根焊運(yùn)條時(shí)焊條角度沒有保持左右垂直焊縫中心線，造成電弧作用坡口兩側(cè)熱量不均勻形成單邊未焊透。④根焊接頭時(shí)，起弧位置過短造成熔化前部焊道的熱量不夠，前部收弧部位沒有熔化形成斷頭缺陷。⑤蓋面時(shí)由于前述產(chǎn)生氣孔的原因，鐵液前移阻礙了電弧直接作用前層焊道，造成熔渣不能熔化浮出，形成未熔合等條狀缺陷。

夾渣缺陷：①根焊時(shí)焊縫成形凸度過高在熔敷金屬與坡口交界處形成較深的溝槽，熱焊時(shí)電弧不能觸及到溝槽而形成夾渣等條狀缺陷。②熱焊前清渣不干凈，熱焊時(shí)殘留渣未熔化而形成夾渣等條狀缺陷。③蓋面時(shí)由于前述產(chǎn)生氣孔的原因，鐵液前移阻礙了電弧直接作用前層焊道，造成熔渣不能熔化浮出，形成夾渣等條狀缺陷。④蓋面時(shí)焊絲擺動(dòng)不到位，電弧未能熔化焊縫邊緣的溝槽，形成夾渣等條狀缺陷。

燒穿缺陷：燒穿主要是熱焊時(shí)操作不當(dāng)造成的缺陷。①對(duì)口間隙偏大，造成根部焊道厚度減薄面積增加，熱焊時(shí)散熱條件不好，熱量集中程度高，擊穿根部焊道。②清渣時(shí)根部焊道減薄量過大，剩余的焊縫金屬厚度不足以承受熱焊時(shí)熔池溫度。③熱焊時(shí)焊接參數(shù)偏大、焊接速度慢，造成熔池溫度過高擊穿根部焊道。

4. 實(shí)施效果

在改進(jìn)措施實(shí)施后，重新對(duì)一標(biāo)段5個(gè)作業(yè)機(jī)組在這段時(shí)間內(nèi)焊接的1103道焊口進(jìn)行焊接質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。焊接合格率統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

表3 一次焊接合格率統(tǒng)計(jì)

從表3可以看出在相應(yīng)的對(duì)策實(shí)施后，一次焊接檢測(cè)合格率從實(shí)施前92%提升到98.19%，超過項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)一次焊接檢測(cè)合格率95% ，保證了項(xiàng)目的質(zhì)量。

在對(duì)本次提高一次焊接合格率的對(duì)策措施和實(shí)施效果進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)制定了鞏固措施，以便在今后的施工過程中保證焊接質(zhì)量，盡量避免返修、二次焊接等風(fēng)險(xiǎn)，保證高質(zhì)量、按時(shí)完成工程任務(wù)。鞏固措施如下：

（1）加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量管理人員或技術(shù)人員的要求 應(yīng)熟悉下向焊焊接工藝，熟悉焊工操作的基本要領(lǐng)，能夠通過看底片基本了解缺陷的性質(zhì)、形狀、所在位置和層次，以便準(zhǔn)確判斷出缺陷產(chǎn)生的可能原因。

（2）加強(qiáng)工藝紀(jì)律的管理 使工藝參數(shù)、工藝措施始終如一。工藝參數(shù)：如鈍邊參數(shù)、對(duì)口間隙、錯(cuò)變量控制、根焊焊接速度、填充及蓋面各層焊接參數(shù)，工藝措施：如人員搭配、焊接位置及焊接設(shè)備等始終如一，能夠使操作者形成一個(gè)非常熟練的操作程序，使出現(xiàn)缺陷的原因簡(jiǎn)單化。

5. 結(jié)語

通過從“靖西三線工程”焊接施工過程中最開始一次焊接合格率偏低的原因分析入手，針對(duì)影響焊接質(zhì)量的氣孔、未熔合、夾渣及燒穿等因素制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施并有效實(shí)施，顯著地提高了一次焊接合格率。由于文中所提及的技術(shù)措施以及注意事項(xiàng)具有一定的共性，所以可以在一定程度上保證焊接質(zhì)量，提高長(zhǎng)輸管道建設(shè)的一次焊接合格率。