來巍巍

中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475000

某公用管廊工藝管道采用A335- P22 管道，該材料作為單相奧氏體組織，其耐腐蝕性能及耐高溫性能良好，但超厚管道焊接過程中受到焊接應(yīng)力、擴(kuò)散氫及淬硬組織的作用下容易出現(xiàn)冷裂紋。除此以外P22 耐熱鋼在焊接時(shí)還存在再熱裂紋、熱影響區(qū)的硬化等問題，由此造成一系列質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

1 焊接前準(zhǔn)備工作

1.1 焊接前開展技術(shù)交底

焊接技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)焊接實(shí)際情況，根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告編制針對(duì)性強(qiáng)的焊接工藝卡以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)焊接施工，這樣才能為焊接施工時(shí)高質(zhì)量施工提供保障。除此以外，在焊接施工前，要對(duì)操作人員就技術(shù)及安全開展技術(shù)交底，將交底記錄詳細(xì)記錄下來。

1.2 焊接設(shè)備

所使用的焊接設(shè)備的工作狀態(tài)要良好，要具有較高安全性，要能顯示工藝參數(shù)，其工作容量應(yīng)滿足要求，設(shè)備的功能應(yīng)滿足焊接要求。焊接施工前，要全面檢查并測(cè)試焊接設(shè)備，確保設(shè)備不存在故障，經(jīng)測(cè)試合格后才能使用。由專業(yè)電工對(duì)焊機(jī)進(jìn)行接線，要求做好焊機(jī)外殼的接地處理，禁止焊工自行操作[1]。當(dāng)焊接過程中需要暫停作業(yè)時(shí)，禁止焊工在焊件上直接放置焊鉗。施工時(shí)要求根據(jù)銘牌上的額定負(fù)載持續(xù)率及額定電流使用。當(dāng)需要中斷作業(yè)或者完成作業(yè)后及時(shí)將焊機(jī)的電源切斷。

1.3 氣體規(guī)定

氬弧焊所使用的氬氣純度不能低于99.99%?；钚詺怏w保護(hù)自動(dòng)焊混合氣所使用的二氧化碳?xì)怏w濃度不能低于99.99%，含水量要控制在0.005%以內(nèi)，要在進(jìn)行預(yù)熱及干燥后才能投入使用。當(dāng)氣瓶的氣壓低于0.98MPa 時(shí)需要停止使用。

1.4 焊接材料

焊接過程中所使用的焊接材料必須具有由廠商所提供的質(zhì)量說明書，不能低于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及材料制造標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。使用材料之前，需要由監(jiān)理及設(shè)計(jì)院開展檢查及驗(yàn)收。焊條的質(zhì)量需要滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，焊條的藥皮應(yīng)當(dāng)緊密包括焊芯，焊條的偏心度要滿足相關(guān)規(guī)定，目測(cè)檢驗(yàn)要求藥皮不能存在空洞、凸節(jié)、剝落、雜質(zhì)、氣泡及裂紋等質(zhì)量缺陷。焊絲應(yīng)密封、完好地包裝，其表面要潔凈、光滑，不能存在油污及其他贓物。手工鎢極氬弧焊所使用的鈰鎢極應(yīng)滿足焊接工藝評(píng)定的要求。

1.5 管道

采用機(jī)械加工的方法進(jìn)行耐熱鋼焊件的切口及坡口加工。將焊件墊牢固后才能進(jìn)行組對(duì)，不能出現(xiàn)強(qiáng)行組對(duì)的情況，要采取有效措施避免焊接及熱處理過程中焊件出現(xiàn)變形和產(chǎn)生附加應(yīng)力。

管道組對(duì)時(shí)，為了確保對(duì)口間隙可滿足要求，應(yīng)設(shè)置組對(duì)間隙片，間隙要大于焊絲的直徑。管件或管子組對(duì)時(shí)要確保內(nèi)壁齊平，內(nèi)壁的錯(cuò)邊量不能超過0.5mm。管道的外壁差在2mm 以上或內(nèi)壁差在0.5mm 以上時(shí)，為了確保焊接質(zhì)量需要進(jìn)行修邊[2]。

1.6 焊接環(huán)境要求

當(dāng)面臨以下情況而沒有防護(hù)措施時(shí)，要停止焊接作業(yè)：第一，焊接表面存在霜降、表面潮濕、被冰雪覆蓋，下雪、大霧、下雨天氣；第二，焊接環(huán)境溫度不能滿足焊接所需要的溫度，或?qū)腹ず附釉斐捎绊懀坏谌?，相?duì)濕度超過90%；第四，氣體保護(hù)焊時(shí)，風(fēng)速超過2 米每秒；手工電弧焊時(shí)，風(fēng)速超過8m/ s。

2 焊接工藝

2.1 手工鎢極氬弧焊

手工鎢極氬弧焊時(shí)，焊工正確持槍，對(duì)噴嘴的高度及焊槍的角度進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，要求能同時(shí)確保保護(hù)效果及對(duì)熔池的觀察。打底焊時(shí)要求不能在焊接過程中停止，要求做到一步到位，對(duì)打底焊縫進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果合格后才能對(duì)蓋面進(jìn)行填充。送絲時(shí)要求均勻送絲，禁止在保護(hù)區(qū)內(nèi)攪動(dòng)以免空氣被卷入。

氬弧焊槍可適當(dāng)橫向擺動(dòng)以保證焊道寬度足夠，為坡口兩側(cè)的焊接質(zhì)量提供保障，但擺動(dòng)時(shí)不能對(duì)熔池的保護(hù)效果造成破壞，擺動(dòng)的幅度及頻率都要嚴(yán)格控制，完成打底焊的焊接后，在開始第二層的焊接時(shí)禁止燒穿打底焊的焊道，否則會(huì)造成背面劇烈氧化或焊道下凹。

打底焊和焊接填充層時(shí)需要重視對(duì)接頭質(zhì)量的控制，控制接頭質(zhì)量時(shí)，要求熔池貫穿至接頭底部，保證接頭部位的熔透效果；除此以外還要在原弧坑的后面重新引弧，讓焊縫重疊20～30mm，重疊部位僅加少量焊絲或不加焊絲。

收弧時(shí)操作不當(dāng)可引起弧坑裂紋或者弧坑深度過深而造成焊縫質(zhì)量降低，嚴(yán)重時(shí)還需要進(jìn)行返修。收弧的關(guān)鍵在于采取措施逐漸減少熱量的輸入，例如可通過拉長(zhǎng)電弧、調(diào)整焊槍角度及加快速度等方法。封閉焊縫收弧時(shí)常用稍微拉長(zhǎng)電弧的方法，焊縫重疊20～40mm，重疊部分可少加焊絲或不加焊絲。停弧后，氬氣需要延遲保護(hù)收弧部位10s 后關(guān)閉以免金屬在高溫下被氧化。

2.2 手工電弧焊

手工電弧焊操作過程中需要調(diào)節(jié)的是焊接電流，電弧電壓、焊接速度均為焊工控制，要根據(jù)焊道層次、焊接位置及焊條的直徑等合理選擇焊接電流，施焊時(shí)焊工結(jié)合實(shí)際對(duì)焊接電流進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。焊接過程中，焊工應(yīng)結(jié)合具體情況，以確保熔合效果、確保焊縫的外形及尺寸可滿足要求為前提，對(duì)焊接速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。電弧電壓直接影響著焊縫的寬度，一般而言焊接時(shí)要將電弧的長(zhǎng)度控制為焊條直徑的0.5～1 倍。

3 焊后檢驗(yàn)

檢驗(yàn)焊縫的外觀時(shí)，采用肉眼、放大鏡對(duì)焊縫的性質(zhì)及缺陷進(jìn)行檢查，采用焊接檢驗(yàn)尺測(cè)量表面缺陷。檢查焊縫的外觀時(shí)，要求焊縫表面不存在補(bǔ)焊或加工的痕跡，其表面應(yīng)保持原始、光滑均勻，焊縫及熱影響區(qū)域不能存在夾渣、弧坑、氣孔、裂紋等缺陷，融化的金屬不能流道焊縫以外的母材上，焊道與母材之間的過渡要平緩。錯(cuò)邊上，錯(cuò)邊不能超過2mm。就寬度上，焊縫要焊出坡口邊緣1～2mm，寬度不超過3mm。焊縫不能存在未焊滿的情況。

當(dāng)焊縫沒有通過無(wú)損檢測(cè)及外觀檢查時(shí)，需要對(duì)焊縫進(jìn)行返修，按照原檢測(cè)方法對(duì)返修后的焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 管道焊接過程中出現(xiàn)的問題及原因

4.1 焊接缺陷情況

第一批焊接管道的焊口共計(jì)20 道，焊接管道及熱處理工作完成后采用射線檢測(cè)的方法檢測(cè)焊接質(zhì)量。結(jié)果顯示共計(jì)240 張X 線片中一次合格212 張，共計(jì)28 張不合格，一次焊接率88.33%，一次焊接率相對(duì)較低。統(tǒng)計(jì)分析不合格的點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)缺陷主要集中在裂紋、夾雜、氣孔上，除此以外還有少量未熔合、氣孔及其他問題。

該批次管道焊接不合格的缺陷主要為裂紋、夾雜、氣孔，其中裂紋問題是最為明顯的問題，要想提高管道焊接合格率就必須采取切實(shí)措施減少缺陷的產(chǎn)生。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)超過30mm 的管道是最容易出現(xiàn)裂紋的管道，裂紋主要集中在母材或融合線木材熱影響區(qū)，只有少數(shù)在焊縫上。

4.2 排查缺陷產(chǎn)生的原因

從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六大方面分析焊接缺陷產(chǎn)生的原因。焊工技術(shù)水平不高可能是造成焊接缺陷的產(chǎn)生原因，為此需要通過理論考試、實(shí)際操作的途徑確認(rèn)其專項(xiàng)技能可滿足要求，要求其焊工全部及格。

控制柜溫度控制不當(dāng)可引焊接后裂紋的產(chǎn)生，為此需要通過審核控制柜證書及現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的方法確認(rèn)電加熱控制柜的溫度控制性能，是否能正常運(yùn)行，要求證書合格、有效，控制柜溫度控制正常，合格率100%。焊接時(shí)電流不穩(wěn)定可能引起焊接裂紋及氣孔的產(chǎn)生，為此采用施工時(shí)測(cè)量的方法來確認(rèn)負(fù)載時(shí)電流平穩(wěn)狀況，要求電流平穩(wěn)率100%。管道焊接過程中需要沖氬保護(hù)，氬氣純度不滿足要求則可造成氣孔產(chǎn)生，為此需要采用隨機(jī)抽樣的方法測(cè)定氬氣的純度，要求純度不低于99.99%。

焊條不規(guī)范使用可造成裂紋、氣孔及夾渣等缺陷，如焊條沒有烘干、焊絲清潔度不足都可造成焊接缺陷的產(chǎn)生，為此采用現(xiàn)場(chǎng)檢查外觀的方法確認(rèn)焊條及焊絲的質(zhì)量，要求焊條完全按照規(guī)范烘干，焊絲目測(cè)不能存在銹蝕。坡口打磨要求做到干凈，當(dāng)打磨不到位時(shí)則容易造成夾渣產(chǎn)生，對(duì)此需要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量比較的方法確認(rèn)坡口打磨質(zhì)量，要求坡口表面不能存在銹污，單邊打磨寬度不低于30mm，外露金屬光澤合格率100%。

焊接操作時(shí)焊條擺動(dòng)幅度不合理、焊接分層不合理、層間厚度不合理可引起裂紋的產(chǎn)生，為此需要采用現(xiàn)場(chǎng)檢查的方法確認(rèn)焊接分層、分道、焊條擺動(dòng)幅度是否滿足規(guī)范要求，要求單層焊接厚度在焊條的直徑以內(nèi)，焊接時(shí)焊條擺動(dòng)的幅度在焊條直徑的3 倍以內(nèi)。坡口角度過小可引起裂紋產(chǎn)生，為此需要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方式確認(rèn)坡口角度，要求坡口角度完全滿足設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范的要求。焊接過程中空氣濕度較大可增加裂紋及氣孔的產(chǎn)生，為此需要采用實(shí)際測(cè)量的方法確認(rèn)空氣濕度，要求空氣濕度不超過90%。焊接施工時(shí)風(fēng)速過大可對(duì)焊接操作造成影響而引起氣孔產(chǎn)生，為此需要采用風(fēng)速儀測(cè)定焊接時(shí)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速，要求氬弧焊時(shí)焊接風(fēng)速在每秒2m 以內(nèi)。

該管道的管壁厚度較大，需要較長(zhǎng)時(shí)間完成焊接作業(yè)，焊接過程中要求電加熱控制柜連續(xù)工作，電弧也會(huì)增加焊口的溫度，這造成層間溫度難以全程維持在250～350℃區(qū)間內(nèi)，層間溫度控制不到位容易造成裂縫產(chǎn)生。為此需要采用施工時(shí)測(cè)量的方法定時(shí)測(cè)定焊口的溫度，要求焊口實(shí)際溫度全程維持在250～350℃區(qū)間內(nèi)。管件與管材內(nèi)口錯(cuò)壁較多可造成氣孔、夾渣的產(chǎn)生，為此需要采用施工測(cè)量的方法測(cè)定單邊內(nèi)口錯(cuò)壁情況，要求管道內(nèi)壁差是壁厚的10%且不能超過1mm，厚度不等時(shí)則要求內(nèi)壁差控制在1mm 以內(nèi)。

4.3 焊接缺陷產(chǎn)生的原因及對(duì)策

通過實(shí)際檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷的產(chǎn)生主要原因包括在于：風(fēng)速大；焊條擺動(dòng)幅度、焊接分層級(jí)層間厚度控制不到位；坡口角度過??；焊口層間溫度控制不到位。

針對(duì)由于風(fēng)速引起的焊接缺陷，需要搭設(shè)防風(fēng)棚，做好對(duì)風(fēng)速的檢測(cè)，要求焊接作業(yè)點(diǎn)的風(fēng)速不超過2m/ s。針對(duì)焊條擺動(dòng)幅度、焊接分層級(jí)層間厚度控制不到位造成的缺陷，需要由專人就焊接速度、焊接電流等技術(shù)要點(diǎn)對(duì)焊接人員開展技術(shù)交底。針對(duì)坡口角度過小造成的焊接缺陷，由專人檢查坡口加工現(xiàn)場(chǎng)中的坡口加工質(zhì)量，要求操作人員提高測(cè)量頻率，及時(shí)調(diào)整加工刀具的角度，進(jìn)而為加工坡口的角度提供保障。針對(duì)焊口層間溫度控制不到位引起的焊接質(zhì)量缺陷，提高溫度檢測(cè)頻率，從原本的每小時(shí)1 次提高為每小時(shí)2 次；安排專人對(duì)溫度控制工作負(fù)責(zé)以免由于預(yù)熱溫度不合理造成焊接質(zhì)量差；夜間停焊階段，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)全程維持焊口溫度介于250～300℃區(qū)間內(nèi)。

經(jīng)整改后再次統(tǒng)計(jì)分析焊口探傷檢測(cè)結(jié)果，無(wú)損檢測(cè)底片共計(jì)220 張，一次合格216 張，不合格4 張，一次合格率98.18%。

5 結(jié)語(yǔ)

管道建設(shè)用鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高，管徑和壁厚的增大,管道運(yùn)行壓力的增高,這些都對(duì)公用管廊工藝管道環(huán)焊接頭的性能要求更高, 這就需要研發(fā)高質(zhì)量的焊接材料和高效率的焊接方法與之匹配。