邵放軍

摘 要：焊接是長輸管道工程施工中的關(guān)鍵過程，焊接過程的質(zhì)量控制對保證長輸管道工程的施工質(zhì)量起著決定性的作用。長輸管道施工具有野外作業(yè)，焊接環(huán)境不穩(wěn)定，非固定電源用電，管道固定位置不確定、焊道內(nèi)部成型難以觀測等特點。本文通過對長輸管道焊接中常見的一些焊接質(zhì)量缺陷進行分析，并總結(jié)了相應(yīng)的控制措施。從實際出發(fā)，對施工過程中的焊接質(zhì)量各環(huán)節(jié)控制要素進行討論，并結(jié)合實際施工經(jīng)驗進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：焊接；焊縫；缺陷；控制

1 長輸管道焊接工藝簡介

大口徑的長輸管道壁厚一般都在8mm以上，采用多層焊接。目前應(yīng)用最廣泛的就是纖維素焊條下向焊打底加半自動藥芯焊絲自保護下向焊填充蓋面工藝。

由于管徑大，輸送壓力高，因此長輸管道所用的鋼管一般都是高碳鋼制作，鋼級都在X60以上，屬于高強鋼。管道焊接一般也都是同種材質(zhì)的鋼管相互焊接。

焊材一般采用纖維素焊條、底氫焊條、藥芯焊絲、實心焊絲加氣體保護等。

管道焊接一般采用對接形式，坡口一般有V型、U型、復(fù)合型，視鋼管的壁厚等參數(shù)確定。

2 焊縫常見的質(zhì)量缺陷及成因

焊接質(zhì)量缺陷的種類很多， 在不同的標(biāo)準(zhǔn)中也有不同的分類方法。在此將長輸管道施工與焊道檢測方式緊密結(jié)合，列出在實際焊接過程中出現(xiàn)較為頻繁的咬邊、夾渣、未熔合及未焊透、氣孔、燒穿燒融、裂紋六種焊縫成型缺陷的分析，其中對管道使用壽命影響最大的就是未焊透和裂紋等開口性缺陷。

2.1 咬邊

咬邊即通常所說的焊道咬肉，主要是由于在焊接過程中熔敷金屬未能蓋住母材的坡口，在焊道邊緣留下的低于母材的缺口。咬邊具體質(zhì)量指標(biāo)都應(yīng)在給施工機組下發(fā)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書里做出詳細的要求。淺短的咬邊可以不作處理，但過深的咬邊會對焊道力學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。咬邊將減少母材的有效截面積，在咬邊處引起應(yīng)力集中，降低接頭強度，特別是低合金高強鋼的焊接，另外咬邊的邊緣組織被淬硬，易引起裂紋。

2.2 夾渣

夾渣是指焊縫中存在的熔渣、鐵銹或其他物質(zhì)，在焊道根部、層間均可能存在，最常見的就是層間夾渣。夾渣形狀不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖銳形的夾渣，影響焊道的塑性，尤其是在焊道受拉應(yīng)力時產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。

2.3 未熔合及未焊透

未熔合是指焊接時焊道與母材坡口、上層焊道與下層焊道之間沒有完全熔化結(jié)合形成的缺陷。未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。未焊透是指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現(xiàn)象。未焊透對焊道的危害很大，它使焊道的有效截面積減少，同時由于屬于開口性缺陷，又能造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。在管道進行下溝作業(yè)或承壓很高的情況時，如果未焊透深度很深，會出現(xiàn)焊道沿未焊透處撕裂現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：1、坡口加工不規(guī)范，角度偏小，組對間隙窄，鈍邊太厚；2、層間清理過度，造成坡口加寬，形成溝槽等。3、焊工手法不穩(wěn)，電流較小，線能量偏小。

2.4 氣孔

氣孔一般是由于熔池中的氣體在熔化金屬凝固時沒有逸出所形成的。其形式有條形氣孔、密集氣孔、球形氣孔、柱狀氣孔等。氣孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面積很大的圓形氣孔外，其他氣孔的危害性都較小，甚至還有止裂傾向。

2.5 燒穿燒融

燒穿主要是指在焊接過程中，由于種種原因?qū)е氯鄢厝鄞┣皩雍傅澜饘?，使熔化金屬自坡口背面流出，造成空洞的缺陷。燒穿使焊縫有效截面積減小，在管道受壓的情況下會造成應(yīng)力集中，如果不做處理，在后層焊道的焊接中該處容易出現(xiàn)燒穿，造成空洞越來越深。在仰焊部位，如果熔池將前層焊道金屬加熱至臨界熔化狀態(tài)，由于金屬的重力質(zhì)量本層焊道，因此不會造成燒穿，而出現(xiàn)金屬塌落現(xiàn)象，這種情況在射線底片上顯示和燒穿影響差別不大，施工中稱之為燒融。

2.6 裂紋

裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷。裂紋，主要有結(jié)晶裂紋、液化裂紋、延遲裂紋，由于其有延伸性，在焊道存在內(nèi)應(yīng)力的情況下裂紋會一直延伸擴展，直至焊道破壞為止。因此在長輸管道的施中裂紋缺陷是不允許存在的，通常也不允許返修，必須割口重焊。

2.7 焊縫缺陷的返修處理

焊接完成后，施工機組對焊縫外觀進行自檢，合格后向監(jiān)理無損探傷申請。無損檢測合格后進行下一步工序防腐補口，不合格則根據(jù)返修通知單進行返修處理。同一部位根焊層的返修只允許返修一次，否則進行割口處理，其它焊層可返修二次。

評片等級按照設(shè)計要求執(zhí)行。目前采用SY/T4109-2005，通常以Ⅱ級片以上合格。返修通常按照射線檢測底片位置在焊縫上相應(yīng)的進行標(biāo)記，然后采用磨光機將焊縫打開，找到缺陷后磨除缺陷，再進行補焊，要求預(yù)熱則焊前焊后采取環(huán)向均勻預(yù)熱，以防止應(yīng)力集中造成延遲裂紋缺陷。

3 長輸管道焊接的質(zhì)量控制

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

⑴規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前在長輸管線的建設(shè)方面還沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。施工管理者和技術(shù)人員應(yīng)全面了解和掌握管線建設(shè)所執(zhí)行的各項標(biāo)準(zhǔn)， 在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計圖紙， 制定出切實可行的管道施工方案。

⑵建立各項規(guī)章制度。建立健全質(zhì)量保證體系及質(zhì)量管理制度，質(zhì)量保證體系責(zé)任人員的資質(zhì)應(yīng)滿足工程施工的要求并應(yīng)在施工過程中認(rèn)真負(fù)責(zé)做好本職工作。做到各項責(zé)任落實到人。建議在焊接工藝規(guī)程之外， 編制專門的焊接作業(yè)指導(dǎo)書以指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

⑶材料檢查。這些材料必須有原始質(zhì)保書或復(fù)印件， 質(zhì)保書內(nèi)容應(yīng)齊全， 并經(jīng)生產(chǎn)單位質(zhì)檢部門蓋章確認(rèn)。

3.2 焊前準(zhǔn)備

⑴焊口檢查、清理。檢查管口形狀是否符合橢圓度要求， 焊件坡口尺寸及型式應(yīng)符合圖紙及工藝規(guī)定。被焊表面應(yīng)均勻、光滑，不得有起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆等和其他影響焊接質(zhì)量的有毒物質(zhì)。坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)清理干凈，并呈現(xiàn)金屬光澤。

⑵鋼管對口。鋼管對口的好壞將直接影響焊接質(zhì)量，對口間隙過大，焊接時容易燒穿而形成焊瘤；對口間隙過小，焊接時容易造成根部熔化不良，即未焊透等缺陷。鋼管的對口優(yōu)先采用內(nèi)對口器組隊、在無法應(yīng)用內(nèi)對口器對口時，可用外對口器。對口時兩管的制管焊縫在對口處應(yīng)相互錯開100mm以上。

⑶焊前預(yù)熱。管線鋼在進行焊接前應(yīng)進行預(yù)熱， 預(yù)熱溫度要嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。焊前顱熱宜采用環(huán)形火焰加熱或中頻加熱方法進行，應(yīng)均勻地加熱焊接部位，并將溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.3 焊接過程

⑴焊接規(guī)范。焊接過程是決定焊縫質(zhì)量的最主要環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中最重要的一點就是焊工在操作過程中一定要嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程中的焊接規(guī)范參數(shù)和焊接作業(yè)指導(dǎo)書中的各項要求，尤其是焊接電流的大小。決不允許焊口根據(jù)自己的習(xí)慣或喜好私自改變規(guī)范參數(shù)。

⑵焊縫成形。應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程的焊縫外形尺寸進行焊接，。

⑶操作要領(lǐng)。在焊接過程中，除嚴(yán)格遵守焊接規(guī)范外，還應(yīng)注意以下操作要領(lǐng)。在管子焊接時，應(yīng)采取有效措施防止管內(nèi)產(chǎn)生穿堂風(fēng)；現(xiàn)場焊接時，有關(guān)接頭設(shè)計、焊接層數(shù)、焊接工藝參數(shù)、焊后緩冷等嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；焊接時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，在兩個焊工收弧交接處，先達到交接處的焊工應(yīng)多焊部分焊道，便于后焊焊工的收弧；焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯開30mm以上，每個接頭焊前必須修磨；焊接時發(fā)現(xiàn)偏吹、易粘條或其他不正常現(xiàn)象時，應(yīng)立即停止焊接，更換焊條及修磨接頭后施焊；焊接時，纖維素焊條不易擺動太大，較寬焊層易采用排焊方法。

3.4 焊縫返修

焊縫返修應(yīng)在監(jiān)理人員的監(jiān)督下，由具有返修資格的焊工依照返修焊接工藝規(guī)程進行返修。對于重要管線焊縫返修只允許進行一次，一次返修不合格， 則該焊縫必須從管線上切除。

3.5 施工人員的控制

⑴人是決定焊接質(zhì)量第一位的要素。從事壓力管道受壓元件焊接的焊工，經(jīng)規(guī)定的基本知識和操作技能考試合格后，取得質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工合格證，且在有效期內(nèi)方能進行相應(yīng)項目的焊接工作。嚴(yán)禁無證從事焊接作業(yè)。施工企業(yè)必須與焊工簽訂勞動合同。

⑵管工要對管口組對質(zhì)量負(fù)責(zé)，確保管口表面質(zhì)量，坡口尺寸，對口間隙，錯邊量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。SY-T4109-2006《石油天然氣鋼制管道無損檢測》是等同采用API有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的，該標(biāo)準(zhǔn)第一次提出錯邊未焊透這一新的焊接缺陷概念，并將錯邊未焊透的長度單獨進行焊縫質(zhì)量評級，而且規(guī)定出現(xiàn)錯邊未焊透的X光底片不能評為Ⅰ級片。此外錯邊未焊透缺陷的返修是較為困難的。另外，質(zhì)檢員要起到嚴(yán)格把關(guān)的作用。及時發(fā)現(xiàn)問題，及時給予糾正，及時反饋質(zhì)量信息，防止不合格品發(fā)生。

⑶焊接機組其他人員都必須圍繞保證焊接質(zhì)量這個中心，盡心、盡責(zé)、盡力做好本崗位工作。

3.6 焊接設(shè)備和檢驗儀器工具

⑴壓力管道焊接所需的自動焊機、手弧焊機、氬弧焊機、焊條烘干設(shè)備和焊縫熱處理裝置等，應(yīng)具備保證焊接質(zhì)量的過程能力。

⑵所有指示、測量、檢驗所使用的儀器、儀表，檢驗工具，如電流表、電壓表、焊口檢驗尺、溫濕度儀、風(fēng)速儀、紅外測溫儀等等，都應(yīng)通過周期檢定合格，并在有效期內(nèi)。

⑶據(jù)我們的經(jīng)驗，焊機上電壓表、電流表所指示的數(shù)值與焊點附近的真實數(shù)值是有一定的差距的，主要原因是焊接把線有一定的電阻而造成電壓降。要比較準(zhǔn)確地掌握焊接電流、電壓值，我們的做法是用鉗形電流表在焊點附近，對正在工作的焊接把線測量電流、電壓數(shù)值。這樣測量的數(shù)值是比較準(zhǔn)確的。

3.7 材料與焊材的控制

⑴對構(gòu)成長輸管道的鋼管、焊材、管件、法蘭、閥門等壓力管道元件，應(yīng)采購取得壓力管道元件制造許可證的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，材料或焊材上的標(biāo)記必須完整、清晰、牢固，質(zhì)量證明書內(nèi)容齊全、符合標(biāo)準(zhǔn)要求，質(zhì)量證明書嚴(yán)禁用抄件，一般應(yīng)為原件或復(fù)印后加蓋有經(jīng)銷單位紅色檢驗印章和經(jīng)辦人章的有效復(fù)印件，質(zhì)量證明書上的品種、規(guī)格、批號等內(nèi)容應(yīng)與實物一致。

⑵壓力管道元件（含業(yè)主提供的材料）和輔助材料如陰極保護、防腐補口補傷材料等都應(yīng)經(jīng)檢驗合格，由材料質(zhì)控責(zé)任工程師驗證后，簽署準(zhǔn)用意見。我們將材料驗證設(shè)置為“停點” ，旨在控制未經(jīng)驗證的壓力管道元件，嚴(yán)禁緊急放行；經(jīng)檢驗不合格的材料，嚴(yán)禁投入使用。材料存放、保管、吊裝、運輸?shù)葢?yīng)保證材料不受損傷。

⑶焊材應(yīng)有專設(shè)的庫房存放，配備控制溫度、濕度的設(shè)備和溫、濕度測量儀器、儀表，保證存放條件滿足工藝文件規(guī)定的要求。領(lǐng)用焊條應(yīng)用焊條保溫桶，當(dāng)班用不完的焊條應(yīng)回收，回收焊材應(yīng)按規(guī)定經(jīng)烘干后才能用于管道的焊接。

3.8 焊接工藝文件的控制

⑴焊接工藝評定、焊接施工措施方案或焊接作業(yè)指導(dǎo)書，是焊接施工必須嚴(yán)格遵守的“法律”文件。

⑵在壓力管道安裝質(zhì)保體系諸多控制點中，我們將焊接工藝評定設(shè)置為“停點”，不具備焊接工藝評定不得開焊。

⑶焊接工藝評定的內(nèi)容、數(shù)量要能覆蓋長輸管道線路、聯(lián)頭、返修、不同壁厚及爬坡管段等各種焊接工況。

⑷焊接作業(yè)指導(dǎo)書依據(jù)焊接工藝評定來制定，焊接作業(yè)指導(dǎo)書中的焊接工藝參數(shù)應(yīng)在焊接工藝評定規(guī)定的范圍內(nèi)。

⑸焊接作業(yè)指導(dǎo)書應(yīng)由焊接技術(shù)人員向焊接施工班組交底，交底的內(nèi)容包括：焊接工藝參數(shù)，工藝流程，質(zhì)量要求，檢驗方法，焊接環(huán)境要求，施工安全要求等。

4 結(jié)束語

長輸管道焊接的現(xiàn)場情況復(fù)雜、施焊環(huán)境惡劣、焊縫數(shù)量較多，影響焊接質(zhì)量的因素很多，只要對這些影響因素進行有效的控制，就能保證長輸管道焊接質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計圖紙的要求。隨著焊接機器人在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用，研究人員仍在深入研究焊接的本質(zhì)，繼續(xù)開發(fā)新的焊接方法，以進一步提高焊接質(zhì)量。

參考文獻

[1]SYT4103-2006鋼質(zhì)管道焊接及驗收

[2]SY4029-93石油建設(shè)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn) 長輸管道線路工程