大口径管道横向焊接的质量控制要点耿东攀

大口径管道横向焊接的质量控制要点耿东攀
发布时间：2023-06-15T11:28:52.396Z 来源：《工程建设标准化》2023年7期作者：耿东攀
[导读] 在长输管道建设尤其是场站施工中常会遇到多种位置的焊接
山东省天然气管道有限责任公司山东济南 250000
摘要：在长输管道建设尤其是场站施工中常会遇到多种位置的焊接，大口径金属管道对接横焊的出现比例也较高。

横焊特点是熔池金属受重力作用下垂的倾向加大，焊道上方容易产生咬边，而在焊道的下方易产生焊瘤等缺陷。

为避免这些缺陷我们一般会通过选择合适的焊接电流、适当的装配工艺和过程中采用一些合理的运条手法来避免这些缺陷的产生，这也是长输管道项目建设中焊接质量管理的重点环节。

关键词：长输管道；横焊；焊接缺陷；质量分析；防控要点
0 引言
当前长输管道工程建设处于蓬勃发展时期，场站建设工艺管道安装期间常会遇到一些壁厚较大的X80管道组对横焊工作，而且要求手工焊单面焊双面成型。

在横焊时液态金属和熔渣较易分清，操作时焊接人员可以看清熔池的形态，应该能较好地控制熔池。

但是，在焊接过程中往往出现下坡口面熔化金属下坠，上坡口面产生沟槽和咬边。

主要原因是由于焊接规范不正确、不能正确掌握运条方法、灵活调整焊条角度、控制弧长等原因，造成横焊层间未熔合、夹渣和表面层上边缘咬边、下边缘液态金属下坠。

为此，横焊时一定要采用多层多道焊，能较好地控制熔池，同时还要控制熔池的体积和温度，以便形成良好焊缝。

本论文源于某施工现场情况编写的质量分析报告，对项目中出现的横焊口缺陷制定的改进方案。

1现场横焊施工的背景及环境条件
1.1焊评工艺
管材：直缝埋弧焊钢管φ1219×32，ASME B36.10M，对焊端，API 5L Gr X80M PSL2
弯头：90°长半径弯头（R=1.5D），DN1200×32mm，MSS SP-75，
坡口端，A860 WPHY-80坡口方式：V形
焊接方式：手工焊（氩电联焊）
焊接工艺评定：PQR-JHYJ2021056
焊材选用：
根焊焊丝ER70S-6 直径：2.4mm
填充盖面焊条E10018-GH4 R直径：3.2mm（烘干温度350°，保温2小时）
组对：采用外对口器
安装：80T吊车配合安装，枕木、千斤顶作为支撑
加热方式：中频加热器、火焰加热作为温度补偿
1.2焊接方法
根据劳动人事部颁发的《锅炉压力容器焊工考试规则》、《蒸汽锅炉安全监察规程》及《压力容器安全监察规程》的规定，对焊工考试和受技术监督的焊接产品，要求焊缝达到射线探伤二级合格的技术条件。

对于只能从单面焊接的压力管道、压力容器封头及有关类似的焊接产品，必须掌握“单面焊双面成形”的焊接工艺方法。

项目焊接施工现场采用手工电弧焊“单面焊双面成形连续焊法”工艺方法。

现场为保证质量，采用不间断电弧的连续焊接而使用较小的焊接电流，在起焊时温度低，可是焊接一段时期焊件工件温度升高了，就不容易控制熔池温度和熔池大小，很难保证填充焊接质量；另外
因为施焊管道具有“两大”的特点：即口径大DN1200mm、壁厚大32mm，填充量大、焊接作业周期长、焊工体能易降、吊装外力、突发的气温骤降、防风棚效果等等因素都将成为影响本次焊接质量的重要因素。

1.3现场施焊环境
1-1现场施焊工艺流程图
1-2本次横焊口焊接的真实图照
2横焊口缺陷及原因分析
2023年3月13日6：00时开始施焊至3月14日11：15时现场横焊口焊接全部完成，有效焊接时间为18个小时，后经RT射线无损检测后评测为不合格，分别在150mm、2180mm、2350mm、2410mm、2450mm、3040mm共六处位置出现横向裂纹。

2.1 RT射线底片显现的缺陷情况
150mm处出现横向裂纹
2180mm处出现横向裂纹
2350mm处出现横向裂纹
2.2缺陷原因分析
在项目建设方的组织下，各参建单位质量管理人员对现场施工情况进行了复盘，通过焊接专家研讨和分析，确认该横焊口产生的裂纹缺陷主要原因如下：
1、因现场场地布置问题中频加热器输出热量不足，导致施焊时无法做到持续加热，层间温度场的建立保持性差；
2、DN1200管道焊缝周长为3.83m，现场布置两名焊工施焊，一道焊缝每名焊工焊接量在1.9m以上。

经现场测算，δ=32mm壁厚需要焊接11-12层（含根焊）38道，直接焊接时间在18个小时左右；且因天气原因预热时间较长，焊接人员易出现过度疲劳、身体状态不佳的情况；
3、施焊当天作业时间跨越过长，期间最大温差大于15°，急剧温降导致管线加热后失温过快；
4、由于天气、人员、焊接要求等综合原因造成焊接间隔时间长；
5、推测现场采用50吨吊车吊离及枕木、千斤顶配合支撑系统会发生轻微下沉，造成外应力后形成焊缝较大形变产生裂缝；
6、由于温度骤降，焊口虽然进行焊后保温措施，但失温较快，在管件收缩情况下，造成焊缝金属体积收缩，横向内应力增大，超过材料的强度极限时产生横向裂纹。

3大口径管道横焊质量管理的控制要点
3.1焊材的烘烤
E10018焊条使用前进行烘烤，烘烤温度为380℃。

焊条由专人进行负责烘烤及发放，做好出入库管理，焊条烘烤做好相关的记录，现场做好保温。

3.2焊口组对
1）焊口组对应严格按照焊接工艺规程施工，认真检查工件吊装环境及底部枕木支撑情况，不得出现强行组对；枕木支撑系统应全面有效，克服液压失效产生支撑系统受力不全而产生轻微向下位移；
2）在施焊前对焊口进行检查，焊口组对间隙按工艺要求执行且应满足管道安装垂直度要求，根焊要求完成可见全部量后方可撤离外对口器；
3）在根焊及热焊结束以后吊车才能进行撤离，撤离同时对相关支点用枕木及液压千斤顶进行支护，枕木及液压千斤顶在全部焊接完成并进行无损检测后才可拆除。

3.3焊口预热及层间加热
1）组对完成后采用中频加热器进行加热，加热过程中采用红外测温仪，距管口 25mm 处的圆周上均匀测量 8-10点，测量预热温度不低于95℃才能进行施焊；
2）焊口填盖过程中，焊工应注意每一层焊道的层间温度，在施焊过程中对各自区域内的每一层焊道均进行层间温度测量，测量温度不得低于95℃，如低于该温度应再次进行加热补偿；
3）加热采用电阻加热带对焊口处管口缠绕，至少要保证上管口的温度达标并传导有效；如在施焊过程中层间温度测量下降过快但不低于95℃，应进行火焰加热的温度补偿措施来保证层间温度。

3.4极端天气因素
1）在组对前及时关注当前天气情况及未来一到两天的天气情况，确保不会发生强降温、强降雨及大风等极端天气；2）在施焊过程中做好防风措施，对施焊周围采用篷布及防火布进行围挡，操作平台采用橡胶板进行全铺垫，避免上下穿堂风；
3.5增加电焊工，合理安排电焊工站位
1）考虑现场焊接作业区域影响，应确定DN1200大口径管道横焊施焊焊工调整为4名；2）新焊工进场施焊前核对准焊项目及焊接考试结果，应进行安全交底及焊接工艺规程的多次交底，针对焊接过程中的层间温度、焊接方式及方向、焊条摆动幅度、焊接电流电压等焊接工艺参数进行着重交底；对施焊焊工身体素质进行了解掌握；3）对4名焊工施焊位置进行明确，从0点、3点、6点、9点方向进行同时施焊，保持顺时针施焊方向，每一层焊道起弧点隔开30～50mm；（如图3-1）
4）4名焊工连续施焊，必要时需要进行加班作业；焊道四周操作平台进行加固，确保施焊人员的人身安全；5）对现场施焊作业人员的身体情况实时了解。

在出现施焊人员过度疲劳、身体状态不佳情况时不得进行当日横口施焊作业。

3-1大口径管道横焊施焊点位
3.6保温缓冷措施
焊缝在施焊完成后，采用保温棉带对焊口进行包裹，避免因为强降温导致焊缝产生冷裂纹。

4 结论
本课题查阅相关参考资料，了解长输管道焊接工艺规程的基础上，分析比较了以往长输管道中横焊作业出现的焊接缺陷，提出了横向焊接缺陷的具体防控措施，并在后期的整改施工中取得了非常好的质量管控结果，希望今后长输管道项目出现类似情况时可参考进行应用。

参考文献：
[1]《管线钢管线路焊接施工及验收规范》QCNPC110-2005 X80
[2]《X80级钢管道施工及验收规范》SH3565-2018
[3]《石油天然气站内工艺管道工程施工规范》GB50540-2009
[4]《承压设备焊接工艺评定》NB47014-2011
[5]《石油天然气金属管道焊接工艺评定》SY0452-2021
[6]《山东管网东干线天然气管道工程站场焊接工艺规程》
[7]《压力管道规范工业管道》 GB/T 20801-2020。