黃俊岑

（重慶燃?xì)庠O(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 400000）

0 引言

目前，對于使用和進(jìn)一步發(fā)展燃?xì)夤艿篮附蛹夹g(shù)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾的日常生活都有重要意義。按照焊接規(guī)章制度，嚴(yán)格控制焊接工藝和設(shè)備，提高焊工素質(zhì)，這是對于燃?xì)夤艿勒w質(zhì)量安全的重要保障，有效避免了質(zhì)量問題的出現(xiàn)。因此，必須重視管道焊接施工各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保燃?xì)膺\(yùn)輸管道的安全。

1 燃?xì)夤艿篮附淤|(zhì)量控制概述

按照我國《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》（CJJ 33—2005）的相關(guān)要求，燃?xì)夤艿赖男屎艽蟪潭壬先Q于焊接工藝的質(zhì)量控制。其中影響因素很多，包括焊接人員能力、設(shè)備、材料、工藝、現(xiàn)場環(huán)境等等，所以這是一個系統(tǒng)工程。在施工過程中，要注意從不同方面的控制因素，避免一些意想不到的因素，如惡劣天氣、地震等因素。燃?xì)夤艿揽煞譃榈叵潞偷厣蟽煞N。其中，在施工過程中更容易焊接地面燃?xì)夤艿?，更方便焊工進(jìn)行各種準(zhǔn)備和維修工作。相應(yīng)地，地上輸氣管道和地下輸氣管道具有不同的安全保障，地表輸氣管道易發(fā)生腐蝕、外力物理損傷等問題，焊接要求更精細(xì)，地下輸氣管道不易受到外部沖擊，同時它具有良好的輔助防御機(jī)制。

2 輸氣管道焊接存在的缺陷

2.1 焊接裂紋引起的缺陷

裂紋是焊接過程中的一種嚴(yán)重缺陷，焊縫裂紋表明在焊接過程中破壞了焊縫間原子結(jié)合的作用，使焊接接頭形成了新的界面。根據(jù)焊接時開孔的大小，焊接裂紋可分為宏觀裂紋、微觀裂紋和極細(xì)裂紋，其中宏觀裂紋是只能從下面看到的裂紋，微觀裂紋是只能從下面看到的裂紋。后者只有用超精密顯微鏡才能看到，根據(jù)裂紋出現(xiàn)的溫度可分為熱裂紋和冷裂紋。同時，根據(jù)開裂機(jī)理的不同可分為板材斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂和其他形式的開裂。焊接過程中的裂紋，尤其是冷裂紋對焊接性能有嚴(yán)重性的影響，這個問題在壓力容器失效事故中最為顯著。

2.2 氣孔現(xiàn)象及其原因

當(dāng)焊縫過渡到熔融時，由在熔池凝固之前未被去除的內(nèi)源性和外源性氣體形成的孔隙是多孔的。它直接導(dǎo)致金屬接頭面積減小，降低了載荷作用下的焊縫強(qiáng)度，這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在電弧焊中。造成此類質(zhì)量缺陷的主要原因是熔池溫度低、析出金屬轉(zhuǎn)移過多、輸送角度不當(dāng)、焊縫不干凈和焊接速度過快導(dǎo)致，圖1 為氣孔缺陷。

圖1 氣孔缺陷

2.3 夾渣現(xiàn)象及原因

焊渣間隙是焊縫中殘留的焊渣或其他非金屬化合物，其形狀通常是不規(guī)則的，它們很容易在坡口邊緣形成并突然改變焊縫的形狀。夾渣的主要原因是運(yùn)輸不當(dāng)，熔池內(nèi)組分分離不明確；焊縫或坡口上的油脂、污垢和銹跡清理不當(dāng)，尤其是多層焊時；熔池溫度低，焊接速度過快，電弧過長或極性不正確所導(dǎo)致。

2.4 未完全焊透的現(xiàn)象及原因

未完全焊透代表焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，這類缺陷不僅降低了焊接接頭的力學(xué)性能，而且在未完全熔透的孔和端部產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn)，往往造成后期加載裂紋，造成這種情況的原因通常是：凹槽圓角邊緣之間的間隙太??；焊接電流過低或速度過快；凹槽角度小；條帶角度不對等導(dǎo)致，圖2 為未完全焊透缺陷。

圖2 未完全焊透缺陷

2.5 焊瘤現(xiàn)象及原因

焊瘤是在焊接過程中金屬流到未充分加熱的母材上，在母材上堆積的情況。這種缺陷使焊縫難看，立焊時常在有焊縫的部位觀察到熔渣和未焊透。管內(nèi)焊縫除了降低強(qiáng)度外，還降低了管內(nèi)有效截面。造成焊瘤的主要原因是熔池溫度高，在鐵水的影響下緩慢下墜硬化形成焊瘤；在進(jìn)行坡口立焊時，若操作角度不對，也會形成焊瘤。

3 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)控制關(guān)鍵分析

3.1 焊前檢查

焊接前的準(zhǔn)備工作主要控制在人員配置、機(jī)械設(shè)備、焊接材料、焊接方法、焊接環(huán)境、焊接過程檢查6 個方面。

3.1.1 人員焊接能力檢驗(yàn)

人員的檢驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證焊工資格而設(shè)定的。一般來說，必須確保焊工資格證書有效，并且焊工資格證書的類型與具體工作相對應(yīng)。

3.1.2 焊接設(shè)備的檢查

焊接設(shè)備的檢測主要包括以下幾個方面：焊接設(shè)備的種類、電源的極性是否與焊接工藝相對應(yīng)、焊槍、電纜、氣路、其他焊接附件、安全設(shè)備，為用于焊接等工藝準(zhǔn)備充分。

3.1.3 原材料控制

焊接材料的質(zhì)量對焊縫的質(zhì)量有很大的影響。焊材檢測主要包括對焊縫母材、焊條、焊劑、保護(hù)氣、焊條等的質(zhì)量控制，確保原材料符合證書和國家標(biāo)準(zhǔn)，在檢測過程中不損壞包裝，確保質(zhì)量有效性[1]。

3.1.4 檢查焊接方法

廣泛使用的焊接方法有電弧焊（電弧焊包括電極電弧焊、水下電弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊等）、電阻焊、釬焊等。焊接方法是直接影響焊接質(zhì)量的重要因素的選擇根據(jù)焊接工藝的要求選擇焊接方法是保證焊接質(zhì)量的重要工具。

3.1.5 檢查焊接環(huán)境

焊接環(huán)境對焊接質(zhì)量的影響不容忽視：焊接現(xiàn)場會出現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)雨等不利因素，確保采取必要的預(yù)防措施。在下列情況下必須停止焊接過程：進(jìn)行弧焊焊接工作時風(fēng)速大于等于8m/s；氣體保護(hù)焊時風(fēng)速不超過2m/s；相對濕度不大于90%，弱氫電極弧焊風(fēng)速不大于5m/s；下雨或下雪天氣等。

3.1.6 檢查焊接工藝

為了正確地按照焊接工藝手冊中的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，需要經(jīng)常增加焊接工藝的質(zhì)量控制程序，焊接過程的質(zhì)量控制通常由專職的質(zhì)檢員進(jìn)行。

3.2 焊接時的檢查

3.2.1 焊接缺陷

特別是在做多層焊時，要確保各層焊縫之間沒有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，并及時消除缺陷。

3.2.2 焊接工藝

焊接工藝是否嚴(yán)格按照焊接工藝手冊的要求進(jìn)行，包括焊接工藝、焊接材料、焊接性能、焊接變形和溫度控制。

3.2.3 焊接設(shè)備

在焊接過程中，焊接設(shè)備必須正常工作，例如在焊接過程中必須使用冷卻裝置、送絲機(jī)等。

3.3 焊后質(zhì)量控制

3.3.1 外觀檢查

包括以下3 個方面：①檢查焊縫表面咬邊、夾渣、氣孔、裂紋等，這些缺陷可以用肉眼或低級放大鏡觀察到。②檢查測量誤差，例如焊縫高度、焊縫、壓痕、錯位等過大，用尺子測量焊縫。③檢查焊縫變形情況。

3.3.2 檢查密封性

常用的氣密性試驗(yàn)方法有液體泄漏試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)、氨氣試驗(yàn)、煤油泄漏試驗(yàn)、氦氣試驗(yàn)和真空箱試驗(yàn)：①液體泄漏檢測主要用于檢查非加壓罐、管道和設(shè)備。②氣密性試驗(yàn)原理。在密閉容器中用遠(yuǎn)低于容器工作壓力的壓縮空氣，用肥皂水覆蓋焊縫外側(cè)。當(dāng)由于壓力而引入壓縮空氣時，容器內(nèi)部和外部的區(qū)別在于肥皂水，會形成氣泡。

3.3.3 強(qiáng)度測試

強(qiáng)度試驗(yàn)分為水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)兩種，液壓強(qiáng)度的測驗(yàn)壓力高達(dá)設(shè)計壓力的1.5 倍[2]。

4 輸氣管道焊接問題的預(yù)防對策

4.1 避免冷熱裂紋

避免熱裂紋的主要方法是在焊接過程中降低應(yīng)力，這就要求焊工嚴(yán)格遵守焊接工藝流程的相關(guān)規(guī)則。在焊接金屬材料之前，需要仔細(xì)分析焊接工藝，選擇最合適的一種。此外，金屬材料的焊工必須嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，并充分控制焊后的冷卻速度。為減少焊接時裂紋的發(fā)生，可采用小電流方法對金屬材料進(jìn)行多層瞬態(tài)焊接；冷裂控制方法：首先要合理選擇焊條，清理槽內(nèi)油分和水分。其次是防止焊材受潮，遵守焊材儲存規(guī)定，按有關(guān)規(guī)定選用焊材。最后，相應(yīng)地調(diào)整焊縫的張力和剛度。調(diào)節(jié)方法是減少焊接接頭中的氫含量以降低內(nèi)應(yīng)力，采用淬硬組織回火的方法，在焊接過程中執(zhí)行和應(yīng)用合理的程序，對金屬材料使用分段焊接工藝[3]。

4.2 氣孔的預(yù)防措施

電極尖端的涂層熔化不好，保護(hù)性差，容易形成氣孔。也很容易產(chǎn)生毛孔。因此，有必要加強(qiáng)對焊接面的清理。根據(jù)生產(chǎn)情況，選用耐蝕性低的焊條，如耐蝕性低的氫焊條和耐蝕性好的氧化鐵焊條，選用耐蝕性好的焊條，因?yàn)樗鼈儾挥绊懞缚p的強(qiáng)度。電阻可選，不易產(chǎn)生氣孔，建議采用直流反饋方式進(jìn)行焊接，有效防止氣孔的形成[4]。

4.3 夾渣的預(yù)防措施

為避免夾渣，需要選擇合適的焊接特性和坡口尺寸，相應(yīng)增加焊接電流，必要時減少電弧，增加工具壽命以充分加熱熔融金屬和熔渣。根據(jù)情況調(diào)整電極的角度和電極的輸送方式。徹底清除坡口和焊縫之間的熔渣，并消除任何不平整。正確選擇堿金屬和電極可以降低焊接爐灶的熔化溫度和粘度。

4.4 防止未完全焊透的措施

防止未完全焊透的主要方法是大電流焊接，此外，在角焊縫中，用交流電代替直流電，防止磁位移，合理設(shè)計開孔和改進(jìn)清理，采用短弧焊等措施，有效防止未完全焊透情況。

4.5 焊瘤的預(yù)防措施

焊瘤不僅影響模具的外觀，而且容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，焊瘤的存在會導(dǎo)致夾渣和不熔合，造成裂紋。當(dāng)熔池下部出現(xiàn)“小凸包”時，一般可以通過電極振蕩和電弧跳躍的作用來控制；焊接垂直焊縫或鋼筋時。相對于平滑焊接，電流應(yīng)相應(yīng)減小，兩邊走快走慢。為加強(qiáng)焊縫，焊接立焊時，可選擇小直徑焊條，焊接電流應(yīng)相應(yīng)減小[5]。

5 提高管道焊接質(zhì)量措施

5.1 提升焊工的專業(yè)發(fā)展

很多焊工焊接技術(shù)水平不高，在焊接過程中經(jīng)常會遇到一些焊接缺陷，導(dǎo)致焊接質(zhì)量變差。這些焊工需要接受焊接技術(shù)培訓(xùn)，提高焊接技能，減少各種焊接缺陷的發(fā)生。此外，焊工必須取得焊接證書，沒有焊接證書不能工作，同時提高焊工的綜合素質(zhì)，全面提高焊工的焊接技能。

5.2 焊接工藝的選擇及焊接規(guī)范的制定

焊接前，焊工必須根據(jù)焊接條件選擇科學(xué)的焊接方法，選擇一些合適的參數(shù)，不要直接參考其他待焊材料的焊接方法。焊工選擇焊接工藝后，必須嚴(yán)格按照焊接特性和標(biāo)準(zhǔn)，確保每一道焊接工藝的質(zhì)量。

5.3 正確選擇和儲存焊接材料

焊接前，焊工必須選用優(yōu)質(zhì)、高性能的焊接材料，所選焊接材料中的各種元素必須符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。此外，焊工必須根據(jù)相應(yīng)的管理特點(diǎn)對焊材進(jìn)行管理，以確保焊材滿足操作要求。

5.4 焊接過程的控制

焊工在焊接前需要對罐體的焊接面進(jìn)行清潔，以保證焊接區(qū)域的清潔、平整。焊接過程中，必須嚴(yán)格按照焊接規(guī)范的要求進(jìn)行焊接，水平焊不宜過于頻繁，焊后應(yīng)將焊縫表面打磨，檢查密實(shí)度，這樣就可以控制整個焊接過程并提高焊接質(zhì)量。

6 結(jié)語

一般來說，通過掌握影響焊接的各種因素，要制定專門的措施，防止從原材料到現(xiàn)場焊接的每一道工序中焊接缺陷的發(fā)生，進(jìn)一步研究焊接技術(shù)以防止這些缺陷的發(fā)生，通過分析各個缺陷存在的原因，逐步改進(jìn)和細(xì)化焊縫質(zhì)量。