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(diǎn)。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(jìn)行分析,并總結(jié)了相應(yīng)的控制措施。從實(shí)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(jìn)行討論,并結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(dòng)藥芯焊絲自保護(hù)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(jí)都在X60以上,屬于高強(qiáng)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(shí)心焊絲加氣體保護(hù)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(shí)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(jī)組下發(fā)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書里做出詳細(xì)的要求。淺短的咬邊可以不作處理,但過深的咬邊會(huì)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(qiáng)度,特別是低合金高強(qiáng)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(shí)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(shí)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?zèng)]有進(jìn)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(shí)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(jìn)行下溝作業(yè)或承壓很高的情況時(shí),如果未焊透深度很深,會(huì)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(shí)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(huì)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(huì)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(huì)一直延伸擴(kuò)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(jī)組對焊縫外觀進(jìn)行自檢,合格后向監(jiān)理無損探傷申請。無損檢測合格后進(jìn)行下一步工序防腐補(bǔ)口,不合格則根據(jù)返修通知單進(jìn)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(jìn)行割口處理,其它焊層可返修二次。
評(píng)片等級(jí)按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。目前采用SY/T4109-2005,通常以Ⅱ級(jí)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(jìn)行標(biāo)記,然后采用磨光機(jī)將焊縫打開,找到缺陷后磨除缺陷,再進(jìn)行補(bǔ)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn), 在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙, 制定出切實(shí)可行的管道施工方案。
⑵建立各項(xiàng)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(xiàng)責(zé)任落實(shí)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(shí)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(shí)容易燒穿而形成焊瘤;對口間隙過小,焊接時(shí)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(duì)、在無法應(yīng)用內(nèi)對口器對口時(shí),可用外對口器。對口時(shí)兩管的制管焊縫在對口處應(yīng)相互錯(cuò)開100mm以上。
⑶焊前預(yù)熱。管線鋼在進(jìn)行焊接前應(yīng)進(jìn)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(jìn)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(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一點(diǎn)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(xiàng)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(jìn)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(shí),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(shí),有關(guān)接頭設(shè)計(jì)、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(shí),應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程,在兩個(gè)焊工收弧交接處,先達(dá)到交接處的焊工應(yīng)多焊部分焊道,便于后焊焊工的收??;焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯(cuò)開30mm以上,每個(gè)接頭焊前必須修磨;焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)偏吹、易粘條或其他不正?,F(xiàn)象時(shí),應(yīng)立即停止焊接,更換焊條及修磨接頭后施焊;焊接時(shí),纖維素焊條不易擺動(dòng)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(jìn)行返修。對于重要管線焊縫返修只允許進(jìn)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(shí)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(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)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(dòng)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(cuò)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(cuò)邊未焊透這一新的焊接缺陷概念,并將錯(cuò)邊未焊透的長度單獨(dú)進(jìn)行焊縫質(zhì)量評(píng)級(jí),而且規(guī)定出現(xiàn)錯(cuò)邊未焊透的X光底片不能評(píng)為Ⅰ級(jí)片。此外錯(cuò)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(shí)發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)給予糾正,及時(shí)反饋質(zhì)量信息,防止不合格品發(fā)生。
⑶焊接機(jī)組其他人員都必須圍繞保證焊接質(zhì)量這個(gè)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(yàn)儀器工具
⑴壓力管道焊接所需的自動(dòng)焊機(jī)、手弧焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、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(yàn)所使用的儀器、儀表,檢驗(yàn)工具,如電流表、電壓表、焊口檢驗(yàn)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(yàn),焊機(jī)上電壓表、電流表所指示的數(shù)值與焊點(diǎn)附近的真實(shí)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(diǎn)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(yàn)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(hào)等內(nèi)容應(yīng)與實(shí)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(hù)、防腐補(bǔ)口補(bǔ)傷材料等都應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)合格,由材料質(zhì)控責(zé)任工程師驗(yàn)證后,簽署準(zhǔn)用意見。我們將材料驗(yàn)證設(shè)置為“停點(diǎn)” ,旨在控制未經(jīng)驗(yàn)證的壓力管道元件,嚴(yán)禁緊急放行;經(jīng)檢驗(yàn)不合格的材料,嚴(yán)禁投入使用。材料存放、保管、吊裝、運(yùn)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(píng)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(diǎn)中,我們將焊接工藝評(píng)定設(shè)置為“停點(diǎn)”,不具備焊接工藝評(píng)定不得開焊。
⑶焊接工藝評(píng)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(píng)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(píng)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(yàn)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(jìn)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(jì)圖紙的要求。隨著焊接機(jī)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(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]SYT4103-2006鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收
[2]SY4029-93石油建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 長輸管道線路工程