浅谈长输管道焊接工艺和焊接质量的控制 崔立波

浅谈长输管道焊接工艺和焊接质量的控制崔立波

发表时间：2017-11-04T09:03:54.363Z 来源：《基层建设》2017年第19期作者：崔立波

[导读] 摘要：近些年来，随着石油、天然气需求量的不断增长，贸易量也随之不断增大。

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摘要：近些年来，随着石油、天然气需求量的不断增长，贸易量也随之不断增大。因此对于长输管道的需求量越来越大，此类管道具有大管径、厚壁、高钢以及高压等特点。而以往在这些管道建设时都是传统的焊接方法即焊条电弧焊，现在所需要焊接的工作量大大增加，所以传统的焊接方式直接影响了管道施工过程的速度与质量。长输管道的焊接工艺也是不断发展的，从最初的手工上向焊，过渡到到手工下向焊；再到手工下向焊一直发展到目前采用较多的手工半自动焊法，这是一个漫长的发展历程。虽然目前普遍采用的手工半自动焊的技术已经渐趋成熟，但它的速度远远跟不上如今仍不能满足当今长输管道业的发展需求。

关键词：长输管道；焊接工艺；焊接质量

引言

近年来我国经济的迅猛发展，致使东西部能源供需矛盾日益突出。为解决此矛盾，随着钢管制造水平与焊接技术的提高，长输管道运输这种经济高效的长距离流体介质运输方式也已经得到了越来越充分的应用。

1 长输管道手工下向焊工艺的特点

根据各类管道焊接工艺在工程建设中的应用情况分析认为，通常情况下长输管道的焊接还是以手工下向焊结合半自动焊工艺为主，如果工程条件良好，则可以考虑采用双联管焊接工艺进行建设施工。如果施工地形局限较多，应用自动焊工艺或半自动焊设备及工艺难度非常大时，则手工焊接工艺会因为其焊钳设备小且操作方便灵活而适用。

下向焊工艺是从上世纪六十年代中期开始发展起来的一种手工电弧焊焊接工艺方法，它是在管道水平放置固定不动的情况下，焊接热源从顶部中心开始垂直向下焊接，一直到底部中心，目前在油气长输管线施工中被广泛使用。下向焊焊接工艺采用纤维素下向焊焊条，这种焊条以其独特的药皮配方设计，与传统的由下向上施焊方法相比，该工艺的优点主要表现在焊接速度快，生产效率高、纤维素焊条焊接的焊缝根部成形饱满、电弧吹力大、穿透均匀、焊道背面成形美观、抗风能力强、焊接材料消耗小和合格率高等几个重要方面。为确保下向焊工艺的质量，焊接组对前应将坡口及其内外侧表面不小于25mm区域范围内的油、漆、垢、锈和毛刺等杂物采用电动钢丝刷清理干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷，并呈现金属光泽，并对坡口进行修磨，使坡口角度及钝边等符合设计参数和焊接工艺要求。打底焊后要派专业砂轮工进行清渣，清根要彻底，每个接头点一定要打平。清根时要将根焊道清成“U”形槽，避免清成“W”形槽。6点钟收弧时要将熔池填满后，再运弧到成形的焊缝上进行收弧，要采用平甩法熄弧。

2 焊缝常见质量缺陷及成因

本文主要讨论焊缝成型缺陷。常见焊缝缺陷有咬边、夹渣、未熔合、未焊透、烧穿烧融、气孔、内凹、裂纹等缺陷。其中对管道使用寿命影响最大的就是未焊透和裂纹等开口性缺陷。

2.1 咬边

咬边主要是由于在焊接过程中熔敷金属未能盖住母材的坡口，在焊道边缘留下的低于母材的缺口。浅短的咬边可以不做处理，但过深的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响，产生应力集中，降低接头强度。

产生原因：1、电流太大，电弧过长，电弧力不集中导致熔池熔敷不到位。2、焊条或焊丝的倾斜角度不正确，出现偏吹等情况。3、手法不稳，摆动不到位。

2.2 夹渣

夹渣是指焊缝中存在的熔渣、铁锈或其他物质。其在焊道根部、层间均有可能存在，最常见的就是层间夹渣。

产生原因：1、多层焊时焊丝、焊条等产生的熔渣没有清理干净，导致熔渣埋入焊道。2、焊接电流较小，熔渣不能充分融化浮出熔池。3、坡口太小，或上层焊道与坡口间形成了夹角，熔渣不能充分融化浮出熔池。

2.3 未熔合及未焊透

未熔合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全熔化结合形成的缺陷。未焊透对焊道的危害很大，它使焊道的有效截面积减少，同时由于属于开口性缺陷，又能造成严重的应力集中。

产生原因：1、坡口加工不规范，角度太小，间隙不够，钝边太厚。2、层间清理过度，造成坡口被打宽，形成沟槽等。3、手法不稳，电流较小，线能量输入太小。

2.4 气孔

气孔一般是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有逸出所形成。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔、面积很大的圆形气孔外，其他气孔的危害性一般都比较小，甚至还有止裂倾向。

产生原因：

（1）焊材、坡口不清洁，有铁锈油污等，焊材受潮。

（2）电源电压不稳，电流不稳。

（3）焊接速度太大。

（4）保护方式不合适，如气保护焊时保护气流量过大或过小。

2.5 裂纹

裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷。由于其均有延伸性，在焊道存在内应力的情况下裂纹会一直延伸扩展，直至焊道破坏为止。因此在长输管道的施工中，裂纹缺陷是不允许存在的，通常也不允许返修，必须割口重焊。因此本文主要讨论容易由以上原因造成的结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹。避免延迟裂纹的产生主要从减缓焊缝冷却速度、改善焊缝组织和减小焊接应力三方面进行控制。常用的措施有：

（1）选用抗裂性好的钢材制作钢管，合理选择焊接材料及烘干，严格按照焊接工艺施工来确保焊缝的组织结构塑性和韧性。（2）严格按照工艺要求进行预热。

（3）严格控制组对应力。

3 长输管道焊接质量的控制策略

决定长输管道使用寿命有三个关键要素分别是：管道材料的防腐质量、管道的焊接质量以及管道所处地段的外部环境，其中最为关键的就是管道的焊接质量。细节决定于成败，长输管道的焊接尤为重要。那么如何能够在施工当中减少焊接质量缺陷呢？针对长输管道焊接施工中常见的质量缺陷，归纳以下几个方面的控制策略，仅供参考。

3.1 夹渣缺陷：

仔细清理前一焊道的熔渣，特别是沿焊道的两侧；采用均匀的运条速度；增加焊炬的倾斜角，避免熔渣流到电弧前面；使用较窄的摆幅；提高运条速度，以便使电弧位于熔池的前面；提高电流设定值。

3.2 气孔缺陷：

增加保护气体流量，在无风时，流量为20～25L/Min；采取防风措施，防止穿堂风。在室外焊接，气体保护焊时当风速超过2m/s 时，要设置防风措施；增加去除气体中湿气的装置，及保证气体纯度；调整至合适的焊接电流或电弧电压，或调整送丝速度；缩短干身长度或调整焊炬角度，清理喷嘴内附着的飞溅物，改善气体保护；减慢运条速度；清理母材或焊丝表面。

3.3 裂纹缺陷：

长输管道焊接裂纹存在两种情况，即冷裂纹和热裂纹，情况不同控制策略就不同。热裂纹采取预热，以降低收缩应力；使用清洁的或未被污染的保护气体；增加焊道的横截面；采用杂质元素含量很低的母材；使用含Mn量高的焊丝，提高焊丝的Mn/S之比。冷裂纹则要选用合适的焊接线能量，增加焊道的横截面尺寸；降低间隙宽度；预热，必要时可采用后热或缓冷措施，以降低冷却速度；填满弧坑；选用扩散氢含量少的焊丝及按焊条说明书要求烘干焊条；避免强力组对焊口等。

3.4 未熔合和未焊透缺陷：

选择合适的电流、电压及焊接速度，以保证有足够的熔深；焊炬要尽量垂直坡口面，焊丝要对准前层焊道的缝边；不要摆动过宽，在两侧要充分停留；调整坡口角度，钝边大小、根部间隙；用砂轮等工具打磨掉焊道过高凸起部分。

3.5 咬边和焊瘤缺陷：

这方面的问题主要是通过调整焊接电流和焊接速度，在平角焊时控制喷嘴角度及焊丝对准的位置绝对精确即可避免问题的出现。

结束语

长输管道焊接的现场情况复杂、施焊环境恶劣、焊缝数量较多，影响焊接质量的因素很多，只要对这些影响因素进行有效的控制，就能保证长输管道焊接质量满足标准规范和设计图纸的要求。随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。

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