壓力管道焊接缺陷成因及對策

趙瑞云，于真真

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引言

作為一種常見的特種設(shè)備，壓力管道不僅能夠進(jìn)行可燃性和有毒性物質(zhì)的輸送，同時(shí)還能進(jìn)行腐蝕性和易爆物質(zhì)的輸送，具有重要的作用和價(jià)值。對于壓力管道來講，其密封性會(huì)直接對管道的使用效果以及周圍環(huán)境和人們的安全產(chǎn)生影響。因此，需要積極開展壓力管道的焊接管理工作，在對焊接缺陷問題進(jìn)行不斷完善和治理的過程中，提高壓力管道輸送的安全性。

1 壓力管道焊接工藝概述

進(jìn)行壓力管道焊接的過程中，會(huì)使用填充材料利用加熱或者加壓的方式，實(shí)現(xiàn)不同種類或者同種類金屬材料的有效結(jié)合。現(xiàn)階段，釬焊、壓焊和熔焊都是比較常見的管道焊接方式。壓力管道的整體質(zhì)量將直接決定管道的運(yùn)行安全，因此在保證材料質(zhì)量的同時(shí)，還需要開展焊接過程的質(zhì)量管控，保障管道整體質(zhì)量，積極開展焊接過程的全面監(jiān)管，提高焊接的可靠性水平，以此為基礎(chǔ)將壓力管道的作用充分發(fā)揮出來。

2 壓力管道焊接缺陷分析

2.1 錯(cuò)邊和角變形問題

在焊接的過程中，如果操作不當(dāng)就會(huì)加大錯(cuò)邊和角變形問題出現(xiàn)的可能，一般情況下在壓力管道的裝配過程中這種問題比較常見。并且對于壓力管道的焊接來講，表面的不平整和邊緣粗糙與角變形無法完全避免，同時(shí)還會(huì)對壓力管道的強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)錯(cuò)位和角變形問題出現(xiàn)時(shí)，壓力管道的壓力就會(huì)集中到一點(diǎn)，當(dāng)壓力超過臨界值，可能就會(huì)造成安全問題的出現(xiàn)[1]。

2.2 焊接面夾渣問題

在開展壓力管道焊接的過程中，由于一些原始的熔渣沒能浮到表面，最終殘留在結(jié)晶的焊縫當(dāng)中，出現(xiàn)了夾渣問題。由于壓力管道焊接工藝不合理或是操作不慎就會(huì)造成偶發(fā)性的夾渣，但大部分都是由于熔渣的殘留所造成的，最終導(dǎo)致壓力容器焊接表面的焊接強(qiáng)度和密實(shí)性受到了極大影響。

2.3 未焊透和熔合問題

未焊透指的是未被電弧熔化的焊縫金屬與母材金屬之間的間隙；未熔合指的是焊縫金屬與母材金屬之間或相鄰焊道與焊縫之間的局部殘余間隙。作為壓力管道嚴(yán)重焊接缺陷未焊透和未熔合，會(huì)降低焊縫的焊接強(qiáng)度，造成壓力管道裂紋的出現(xiàn)，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。這一問題的出現(xiàn)，與焊接電流過低或者是焊接電弧過長有關(guān)，一般在管道內(nèi)壁和外表面之間的位置比較常見[2]。

2.4 焊接面裂紋問題

一直以來，焊接裂紋都是壓力管道焊接中的一種嚴(yán)重缺陷問題，直接威脅到管道結(jié)構(gòu)的安全性。熱裂紋和冷裂紋是焊接裂紋的主要表現(xiàn)，并且不同裂紋出現(xiàn)的原因也存在一定的差異。簡單來講，由于環(huán)境潮濕、管道內(nèi)的水分較多從而引發(fā)裂紋形成，同時(shí)沒能進(jìn)行提前烘干，焊接過程中的高溫造成焊縫區(qū)域產(chǎn)生微量的氫殘留在內(nèi)部，在焊接完成后降溫收縮時(shí)就會(huì)造成內(nèi)部應(yīng)力過大，最終出現(xiàn)裂紋情況。并且，焊接人員的技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)直接決定了裂紋出現(xiàn)的可能，需要在焊接后及時(shí)自檢。

3 影響壓力管道焊接質(zhì)量的主要因素

3.1 材料因素

作為焊接過程中直接影響焊接效果的因素，焊接材料是需要人們進(jìn)行重點(diǎn)研究的內(nèi)容。不同的焊接方法在運(yùn)用過程中，所需的焊接材料也存在一定的差異。總的來說，焊條、焊帶、焊絲、焊藥、填料等都是比較常用的焊接材料，一旦材料的質(zhì)量或者規(guī)格不合理，就會(huì)降低焊接質(zhì)量效果，同時(shí)由于不同焊接材料所需要使用的焊接方法也存在一定的差異。因此，需要做好合理的匹配工作，避免在焊接的過程中由于匹配度不足而影響到整體的焊接效果。另外對于焊機(jī)本身來講，不同品牌的設(shè)備質(zhì)量不同，為了降低材料和設(shè)備對焊接效果的影響，需要及時(shí)開展具體管控和選擇工作。

3.2 方法因素

由于壓力管道需要在不同的環(huán)境下工作，因此焊接方法需要存在一定的差異，對焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，且不同的焊接方法在具體焊接過程中也會(huì)受到不同因素的影響?，F(xiàn)階段，在開展壓力管道焊接的過程中，電弧焊和鎢極氬弧焊是人們比較重用的方法，各自優(yōu)勢也不盡相同。電弧焊的具體種類較多，總體適應(yīng)能力較強(qiáng)，設(shè)備較為輕便，技術(shù)難度小，操作便捷性高，可以滿足多種壓力管道焊接要求，得到了人們的廣泛應(yīng)用。在利用電弧焊焊接方法過程中，由于受到焊接技術(shù)和焊接環(huán)境的影響可能存在，比如未焊透的焊點(diǎn)、焊接氣孔或焊接裂紋等問題，直接降低了壓力管道焊接部位的耐壓性，面對標(biāo)準(zhǔn)壓力，就會(huì)出現(xiàn)泄漏、損壞等情況[3]。鎢極氬弧焊與電弧焊不同，雖然焊接過程中不會(huì)出現(xiàn)多余的焊渣，但是對整體技術(shù)水平的要求比較高。

3.3 環(huán)境因素

壓力管道的焊接會(huì)涉及到不同的環(huán)境因素，如：溫度、濕度、風(fēng)力等因素就會(huì)對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。對于一些焊條或者是焊接材料來講，高濕度環(huán)境下的焊接質(zhì)量相對較差，一些焊接方法在低溫度的環(huán)境中焊接效果不佳，都會(huì)對焊接質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。因此，可以從溫度、濕度、風(fēng)力等外部環(huán)境入手，來對焊接環(huán)境引起的焊接質(zhì)量問題展開分析。

3.4 人員因素

壓力管道焊接屬于手工操作，對人員的依賴性較大，在開展焊接工作的具體過程中，人員素質(zhì)將直接決定焊接質(zhì)量。部分企業(yè)在人才選擇的過程中缺乏科學(xué)性，造成操作過程中存在技術(shù)不熟練問題，最終引發(fā)了壓力管道的焊接缺陷。因此在開展壓力管道焊接時(shí)，若要全面提升焊接質(zhì)量，就必須要確保焊接工作人員持證上崗，還需要做好人員操作證書的檢查工作，嚴(yán)格要求開展相關(guān)復(fù)檢工作，提高焊接工作的整體質(zhì)量和效率，避免因人員焊接技術(shù)不到位而引發(fā)的壓力管道焊接質(zhì)量問題。

4 壓力管道焊接質(zhì)量控制主要措施

4.1 積極開展前期準(zhǔn)備工作

4.1.1 坡口清理

由于大部分管道的坡口尺寸和坡口角度都有差異，因此在正式開始焊接之前，需要開展坡口的清理工作。此外，還需要整合管道的坡口數(shù)據(jù)，找到與數(shù)據(jù)匹配的管道，然后進(jìn)行焊接。只有經(jīng)過坡口處理工藝，才能對焊接位置的質(zhì)量進(jìn)行保證，提高焊縫質(zhì)量。除了對坡口位置的數(shù)據(jù)匹配工作重視外，還需要將坡口位置的油污和雜質(zhì)清理干凈，仔細(xì)打磨坡口的凹凸不平情況，保證焊接面能夠?qū)崿F(xiàn)有效對接，利用自動(dòng)控制技術(shù)對坡口接頭進(jìn)行精確控制，避免坡口錯(cuò)位問題的出現(xiàn)[4]。

4.1.2 焊接位置的確定

焊接接頭的組裝需要在坡口清理后進(jìn)行，并確保間隙匹配、形狀匹配和鈍邊匹配，才能保證焊縫位置沒有滲漏和凹陷，進(jìn)而保證焊縫的外觀質(zhì)量。為了提升焊接質(zhì)量，減少焊接過程中出現(xiàn)錯(cuò)位或不規(guī)則等質(zhì)量缺陷的可能，在操作的過程中焊接技術(shù)人員需要對其進(jìn)行仔細(xì)打磨處理。

4.1.3 焊接材料的選擇

壓力管道材料質(zhì)量將直接影響到壓力管道的整體焊接效果。在進(jìn)行具體壓力管道焊接時(shí)，需要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行材料的選取，保障焊接材料與焊接要求相吻合。另外，焊接人員還需要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，對焊接材料的規(guī)格、種類、材質(zhì)等展開合理選擇，提高材料選用的準(zhǔn)確性。并且在對壓力管道材料進(jìn)行最終確定之前，需要展開嚴(yán)格的材料檢驗(yàn)，做好材料表面油污、銹蝕等問題的處理，避免表面雜質(zhì)從而影響材料使用效果。

4.1.4 焊接設(shè)備的管理

為了提高焊接質(zhì)量和效率，需要科學(xué)選用高性能的焊接設(shè)備，確保設(shè)備的選擇可以與管道焊接具體要求保持一致。另外，積極開展焊接設(shè)備的定期維修保養(yǎng)工作，確保設(shè)備的正常使用。同時(shí)在定期管理的過程中建立臺(tái)賬，可以記錄焊接設(shè)備的使用狀態(tài)。工作人員需要及時(shí)校準(zhǔn)焊接儀器儀表，確保其精度，減少焊縫成型缺陷情況的出現(xiàn)。在對焊接設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要加強(qiáng)保護(hù)，減少損壞，實(shí)現(xiàn)延長焊接設(shè)備使用壽命的目的。

4.2 管件組對的質(zhì)量管控

對于壓力管道來講，為了確保整體使用效果，需要以焊接設(shè)計(jì)要求為依據(jù)進(jìn)行加工，不能存在污漬、焊渣等情況，對組對關(guān)鍵焊接縫隙的一致性進(jìn)行保證。在開展定位時(shí)，還要將偏移量保證在規(guī)定范圍內(nèi)，一旦組對管道之間管壁出現(xiàn)了較大差異的厚度，需要根據(jù)相關(guān)要求展開修整，對過渡的平滑性進(jìn)行保證。

4.3 焊接流程管理

在焊接開始之前，在相關(guān)焊接規(guī)定和流程的指導(dǎo)下，科學(xué)分析現(xiàn)有的焊接方案，對管道、焊接材料、方案合理性和試驗(yàn)焊接等方面進(jìn)行高度重視。在開展試驗(yàn)焊接的過程中，以具體的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定流程為依據(jù)，評(píng)定焊接效果，只有在焊接效果滿足具體要求后才可以開展后續(xù)的焊接施工。在具體焊接時(shí)，首先需要將噴嘴徹底清洗干凈，在焊接技術(shù)要求的約束下，檢查焊接電流、焊接電壓等相關(guān)參數(shù)，之后展開預(yù)熱處理，不同的零件應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的焊接順序采用不同的焊接方法進(jìn)行焊接。在焊接位置改變后，需要重新檢查焊接要求，并對焊接方法進(jìn)行調(diào)整。在管道或部件發(fā)生變化時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行合適焊接材料的更換工作。在焊接過程中，必須要對焊接環(huán)境的穩(wěn)定性進(jìn)行重視，關(guān)注焊接方法、設(shè)備、材料、溫度、濕度、風(fēng)速等各項(xiàng)指標(biāo)，確保能夠在最佳的環(huán)境中開展焊接施工。同時(shí)焊接效果的自檢工作也尤為重要，可以對各種焊接質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決[5]。

4.4 焊接環(huán)境的管理

焊接質(zhì)量將直接受到外部環(huán)境的影響。首先，在雨雪天開展焊接施工的過程中，需要進(jìn)行雨棚的搭設(shè)；其次，在開展電弧焊的過程中，需要對風(fēng)速進(jìn)行控制。在對氣體保護(hù)焊進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要保證風(fēng)速為2 m/s以上；在應(yīng)用低氫焊條時(shí)，需要保證風(fēng)速為5 m/s以上。因此，在上述問題進(jìn)行處理的過程中，可以利用防風(fēng)方法來進(jìn)行干預(yù)。如果空氣濕度超過了90%時(shí)，應(yīng)及時(shí)加裝除濕裝置，確保在滿足焊接條件后才能展開焊接活動(dòng)。最后，如果環(huán)境溫度較低，需要展開預(yù)熱干預(yù)，利用電加熱的方式來對焊接材料的焊接溫度進(jìn)行保證。一旦無法有效控制焊接環(huán)境，需要立即停止焊接工作。

4.5 焊接工藝質(zhì)量控制

第一，在開展壓力管道焊接時(shí)，需要盡量減少焊接量和減低金屬的填充量，這樣可以最大限度地保證焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)有效避免變形問題的出現(xiàn)，促進(jìn)整體質(zhì)量控制效果的提升。第二，技術(shù)人員應(yīng)盡可能選擇對稱的構(gòu)件截面和焊接位置，這樣可以對彎曲變形問題進(jìn)行有效避免。第三，焊接人員在展開作業(yè)時(shí)，在對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度進(jìn)行充分保證的情況下，需要盡可能減小焊縫的截面尺寸，連續(xù)角焊縫可以調(diào)整設(shè)計(jì)成斷續(xù)角，不僅能夠?qū)λ苄宰冃芜M(jìn)行有效避免，同時(shí)還可以減小焊接應(yīng)力和變形。第四，需要對焊接順序進(jìn)行合理調(diào)整。對一些特性復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能選擇構(gòu)件組裝方式，同時(shí)有效減少焊縫數(shù)量，合理分布，可有效避免結(jié)構(gòu)變形。在具體操作過程中，不僅需要滿足組裝和焊接的要求，同時(shí)還要推動(dòng)焊接工作的順利進(jìn)行。此外，焊接工作人員需要對焊縫的尺寸進(jìn)行合理確定，在等強(qiáng)度原則的指導(dǎo)下進(jìn)行尺寸計(jì)算，并對結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開考慮，結(jié)合具體情況進(jìn)行具體分析。

4.6 焊接后期的質(zhì)量控制

在焊接結(jié)束后，施工人員需要積極開展壓力試驗(yàn)、表面檢查和焊縫檢查等焊接質(zhì)量的檢查工作，根據(jù)我國現(xiàn)有的焊接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)開展具體檢驗(yàn)，做好氣孔、裂紋等缺陷問題的分析和焊縫的準(zhǔn)確判斷。與此同時(shí)，對無損檢測的管道位置、數(shù)量和參數(shù)展開工作，一旦遇到問題就需要及時(shí)記錄并返工。

4.7 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

壓力管道焊接質(zhì)量檢驗(yàn)是一項(xiàng)全過程的工作，不僅需要進(jìn)行焊接前期和焊接過程的檢驗(yàn)，同時(shí)還需要做好焊接外部和具體自檢工作。在焊接工作開始之前，應(yīng)全面分析具體的焊接材料和焊接設(shè)備，充分開展焊接預(yù)熱，在確定所有焊接參數(shù)在正常范圍之內(nèi)后才可以進(jìn)行焊接操作。在具體焊接工作開展時(shí)，當(dāng)上一部分焊接工作完成后，必須要對其展開質(zhì)量自檢，依據(jù)壓力管道焊接標(biāo)準(zhǔn)，分析焊接效果的科學(xué)性和合理性。在進(jìn)行焊接后質(zhì)量檢查工作時(shí)，需要焊接工作人員和技術(shù)人員相互配合，對焊接效果進(jìn)行共同分析，一旦存在異議情況，需要進(jìn)一步查找問題所在，根據(jù)壓力管道焊接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對焊接部位的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。當(dāng)確認(rèn)焊接問題真實(shí)存在后，需要及時(shí)返工，并對熱處理管道進(jìn)行焊接后的再次熱處理，促進(jìn)焊接質(zhì)量效果的有效提升。

4.8 對壓力管道焊接缺陷問題進(jìn)行靈活應(yīng)對

4.8.1 錯(cuò)邊及角變形對策

在開展壓力管道焊接的過程中，無法避免錯(cuò)邊和角變形問題的出現(xiàn)，并且情況較為復(fù)雜，處理難度大。因此，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行提前預(yù)防，在開展壓力管道安裝時(shí)，確保能與相關(guān)制造要求相吻合，將管道錯(cuò)邊和角變形的程度控制在制造允許的范圍內(nèi)，降低誤差的累積，減少對管道的承壓能力和安全性的影響[6]。

4.8.2 焊接面夾渣對策

為了降低壓力管道焊接過程中焊接面夾渣問題出現(xiàn)的可能性，需要保證坡口的角度與焊接鈍邊尺寸能夠與裝配質(zhì)量設(shè)計(jì)要求相吻合。在開展具體壓力管道焊接時(shí)，對低氫鈣堿性焊條進(jìn)行運(yùn)用，不僅可以提高熔池的清晰性，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)熔渣與液態(tài)金屬的相互作用。依據(jù)焊接工藝的規(guī)范要求，合理應(yīng)用焊接規(guī)范，及時(shí)清理坡口及兩側(cè)油污問題，科學(xué)合理地選用焊料，特別是在接頭部位，需要先開展清渣處理，并確?；】犹幱谔顫M狀態(tài)。

4.8.3 未焊透、未熔合對策

在進(jìn)行壓力管道焊接的過程中，若要降低安全隱患問題出現(xiàn)的可能，保證整體焊接質(zhì)量，對未焊透和未熔合問題進(jìn)行有效處理，需要利用切割并展開重新對接的方式。同時(shí)，還需要對焊接電流和焊接速度科學(xué)控制，并根據(jù)操作簡便和適應(yīng)無損檢測要求的原則對工作環(huán)境進(jìn)行選擇。

4.8.4 焊接面裂紋對策

焊接表面裂紋問題是管道施工質(zhì)量控制中重要的問題之一，它對管道的危害十分嚴(yán)重。通常情況下會(huì)利用以下方法來解決這類缺陷：對存在于表面較淺的裂紋，可以利用砂輪打磨光滑；如果焊接表面的裂紋太小，可以利用裂紋研究其發(fā)展規(guī)律，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行觀察和記錄，預(yù)防安全隱患。所以，在焊接工作開始之前，工作人員需要展開嚴(yán)格組裝工作，測試組裝質(zhì)量，為避免焊縫中心裂紋問題的出現(xiàn)，需要根據(jù)規(guī)范要求盡可能選擇小電流多層多的道焊方式。

4.9 積極開展焊接人員專業(yè)技術(shù)能力的培養(yǎng)

為了對壓力管道的焊接質(zhì)量進(jìn)行保證，有效提高焊接效果，工作人員需要對焊接技能進(jìn)行全面掌握。所以，壓力管道焊接企業(yè)需要組織工作人員定期開展技能學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，確保對工藝水平展開全面了解和學(xué)習(xí)，按照相關(guān)規(guī)定要求掌握壓力管道的焊接方法與技術(shù)。與此同時(shí)，還需要對工作人員的能力進(jìn)行檢驗(yàn)，確保在具備資格證書的情況下才能進(jìn)行焊接作業(yè)。積極開展焊接人員的素質(zhì)教育工作，確保工作人員能夠具備較高的職業(yè)道德理念，正確對待焊接工作，嚴(yán)格要求自己，將自身優(yōu)勢發(fā)揮出來。焊接工作是一項(xiàng)需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工作，僅依靠一個(gè)人無法順利完成，所以，需要在焊接的過程中，有效培養(yǎng)人員的合作精神，督促工作人員齊心協(xié)力完成工作。

5 結(jié)語

壓力管道的焊接技術(shù)對壓力管道的日常輸送效果和效率有重要影響。在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，壓力管道建設(shè)的復(fù)雜程度也在不斷提升，所以，需要嚴(yán)格開展焊接管理工作。企業(yè)需要對焊接管理工作高度重視，對焊接缺陷問題的影響和主要誘因展開分析，根據(jù)具體情況制定出科學(xué)的管道焊接管理辦法。這不僅能夠?qū)附淤|(zhì)量進(jìn)行保證，同時(shí)還能降低壓力管道安全隱患問題出現(xiàn)的可能性，及時(shí)修補(bǔ)焊接缺陷問題，延長壓力管道的使用年限。