管線焊接工藝技術分析

楊彪

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

隨著石油與天然氣的廣泛開發運用，同時在社會高速發展的背景下，開始對管線有了更高的需求， 并且管線焊接質量的重要意義也愈發明顯。 不過，因為傳統焊接技術下的管線質量以及工作效率已經無法有效滿足時代發展需求，因此分析管線焊接工藝技術對于提升其整體施工質量而言具有一定的現實意義。

1 管道焊接工藝技術類型

1.1 氬弧焊

這是使用工業鎢或者是活性鎢作為不熔化電極，將氬氣這一惰性氣體充當保護氣而實行焊接的一種方式，又可稱為TIG。通過利用鎢電極和焊件中形成的電弧，對熔化母材實行加熱處理以此達成焊接目的。 氬氣的主要作用在于，保護焊縫金屬以及鎢電極焰池，使氣在電弧加熱時不會與空氣發生氧化反應。 此焊接技術的特點如下：1）可以使用的范圍較廣，除了熔點極低的鋁錫材料以外，大部分金屬以及合金材料均能使用此技術實行焊接；2）交流氬弧焊能夠用于化學性質較為活躍以及容易構成氧化膜的鋁、鋁鎂合金材料的焊接之中；3）在焊接施工時不會產生焊渣、飛濺等情況，環保性與安全性都較強；4）可以實行全方位焊接，利用脈沖氬弧焊能夠降低熱輸入，比較之和焊接厚度為0.1mm 的不銹鋼材料；5）電弧溫度較高、熱輸入相對較低、速率快、熱影響范圍窄、焊接變形不明顯；6）填充金屬與添加量不會受到來自焊接電流的影響[1]。

1.2 手弧焊

所謂的手弧焊即為手工電弧焊，是一種利用焊鉗夾緊焊條實行焊接操作的方式。 其主要借助焊條和工件之間構成的穩定燃燒的電弧，使得焊條與工件得以受熱融化，進而得到連接緊密的焊接接口。 在實行焊接施工時，焊條藥皮涂層會持續進行分解與熔化，以此產生氣體與熔渣，從而對焊條端口位置、 電弧熔池與周圍部位加以保護，以此避免熔化的金屬發生氧化反應，同時焊條芯棒也會在電弧的作用之下慢慢熔化，流入至熔池之中，成為焊縫填充金屬。 還可以在焊條藥皮涂層之中摻加合金粉末，以此來提升焊縫的物理性能。

1.3 二氧化碳焊

二氧化碳電弧焊屬于一種工作效率相對較高的焊接方式， 其將二氧化碳氣體作為保護氣，拼接焊絲和焊件之間的電弧來使得金屬融化。 此種焊接方式往往使用焊絲自動送絲，敷化金屬量比較大，而且工作效率非常高，焊接質量也十分穩定。所以，在國內與國外都備受青睞。相較于其他類型的電弧焊，該種技術具有下述特征：1）工作效率更高。 二氧化碳電弧焊具有極強的穿透力，而且熔深非常大，焊絲熔化率比較高，因此熔敷速率快，相較于手弧焊而言其工作效率甚至可達到其三倍以上；2）焊接成本低。 二氧化碳電弧焊的成本相較于埋弧焊與手弧焊而言，僅僅只達到其40%～50%；3）耗用能量低。 將二氧化碳電弧焊與藥皮焊條進行對比，一同焊接厚度為3mm 的對接鋼板時，每米焊縫的用電量要少用30%，而在進行厚度為25mm 的鋼板對接焊接時， 用電量可以減少60%；4)使用范圍較廣。不管是對于哪一部位，均能應用此焊接技術，最低可以進行厚度為1mm 的薄板焊接，而對于厚板焊接則在厚度上沒有限制（可以使用多層焊）。 并且，焊接速率較快，發生的變形程度較低[2]；5）焊縫抗銹性能較佳，而且還具有較高的低抗裂性；6）焊接之后需要進行清渣處理，引弧操作方便進行監控，有助于達成焊接施工的機械化與自動化。

2 管道的焊接工藝流程

2.1 焊接中坡口的加工與處理

目前，國內管道焊接均利用氧氣乙炔或等離子弧來進行加熱， 從而確保焊接質量符合要求。焊接前對于焊縫周圍20mm 的范圍需要進行清理；待到焊接操作結束之后，需要立即清理干凈坡口部位的飛濺、熔渣以及氧化皮等雜物。 另外，還要求利用銼刀來對焊縫周圍不平整的部位加以打磨，防止因為受力不均而使得應力過于集中。

2.2 管道定位

管道坡口在經過加工以及清理干凈以后，需要對管道實行組對，對管道實行組對和定位的主要作用在于確保焊接質量，以免連接構件存在不均勻、錯臺等各種質量問題。 由于在坡口不均勻、對接空隙與鈍邊大小都不合格的狀況下，非常容易引起連接位置出現焊瘤、沒有焊透或是向內凹陷等問題，因此，在實行管道定位之時需要確保管道兩端內壁對應齊整，內壁錯邊不可高于內壁管徑的10%，也不得高于5mm，若是兩端壁厚不一致，而且不得不進行連接的狀況，需要對不平整的一端實行打磨處理。 在定位連接過程中，需要先把兩端管道固定牢固，而且要采取有效措施避免兩端管道在焊接施工期間因為受熱而發生不均勻變形的問題，進而對焊接質量帶來負面影響。 在焊接過程中，還需要對不同焊接位置采取同一種焊接工藝技術， 并安排專業技能過關、具有上崗資格證的焊工來負責焊接操作[3]。

2.3 焊接施工

在進行管線焊接前，需要將坡口加工成V 型坡口， 其后使用角磨機對管線兩端加以除銹處理，在外對口器管線組對結束之后，還要使用電加熱設備實行預熱， 待到溫度達到規定標準之后，以此實行根焊，這一操作首先要保障的是焊縫均勻，不可發生焊穿的問題。 在進行組對焊接施工時，需要用對口器把焊接管口加以固定。 應當使得根部焊接長度高于管周長的二分之一，其后再將外對口器予以撤除。 另外，根部焊道需要均勻的設置在管口周邊。 在施工操作時，還需要對管口組對錯邊量加以檢查，調整好管口組對的縫隙與焊接縫隙的寬度。

2.4 焊縫檢測

2.4.1 外觀檢測

1）焊縫與母材二者間的過渡應當足夠圓滑，焊縫表部不得存在缺陷，例如:氣孔、裂縫、焊渣等，在檢查發現缺陷之時，需要依照有關標準加以及時處理。

2）焊縫余高不可高于3mm，并且其寬度相較于坡口部位的增寬不得大于4mm，也就是每一側增寬不可大于2mm。

3）焊縫咬邊深度需要把控在0.5mm 之內，而且兩端咬邊總長度不得大于焊縫總長度的20%，并且也不得低于40mm。

4）在焊縫外觀與規范標準不相符的情況下，需要立刻對其進行返修處理直至合格，否則不得開展后續工作[4]。

2.4.2 探傷檢測

當焊口焊接完畢之后，按照有關標準實行射線檢測，檢測之時的探傷級別需要依照行業規范予以決定。 在施工現場的檢測工作人員，需要對檢測結果予以評判分析評片等級，以此判定其合格與否，同時還要正確、詳細的記錄檢測結果，以便后期隨時調用查閱。

3 焊接質量的主要缺陷

3.1 裂紋

焊接施工中，如果金屬破裂便會形成裂紋，這類缺陷通常是在接頭處形成的，接頭處存在空隙，未能充分融合，便會形成裂紋。 比較常見的裂紋主要包括液化、延遲與結晶三種。 焊接過程中，由于局部溫度相對比較高，因此當焊接結束之后，局部溫度會慢慢冷卻， 若是在焊接期間未能嚴格依照規定要求開展作業，就極易產生結晶；液化裂紋通常是在焊接結束之后經過了一段時間之后才會形成；因為裂紋存在延展性，因此當焊接結束后也可能會形成延遲裂紋， 并且裂紋會在這一基礎之上持續擴大，從而給管道的使用安全帶來威脅。

3.2 未焊透

在進行管道焊接過程中， 未焊透屬于十分常見的一種缺陷類型， 導致此缺陷發生的主要原因有以下幾種：1）因為管道表面清潔過度，從而產生了溝槽，在進行焊接時不易焊透；2）坡口加工質量不合格，角度太小、鈍邊太厚或者是間隙太小等；3）在焊接期間，工作人員沒有嚴格依照焊接工藝規程實行操作，使得在實行電焊操作時電流過小，進而使得熔深太淺；4）磁偏吹影響；5）焊接速度過快；6） 焊件的散熱速度過快， 使熔池存在的時間短，以致填充金屬與母材之間未能充分融合。

4 管道焊接的質量控制

4.1 在執行焊接操作前的準備工作

4.1.1 對于焊口的檢查與處理

根據施工圖紙來對焊件坡口角度尺寸與形狀實行檢查，主要檢查內容有工藝技術類型、管口形狀有否存在橢圓度不合格等問題。 維持施工面的干凈清潔，以免出現鱗狀現象。需要把焊接表面油漬、磨損等加以充分清理，特別是坡口內側，應當清理至顯現出金屬光澤， 不然對焊接質量造成直接影響。并且還應當注重對于管口的清理。若是在實行焊接施工時，間隙太小，則極易出現根部熔化不充分的狀況；若是間隙太大，則容易發生燒穿的狀況，導致內部形成焊接瘤。配件或管道組對時需優先考慮對口器進行組對，且組對后誤差小。

4.1.2 焊接前的預熱處理

根據有關工藝技術操作規范，對管口實行預熱，確保溫度達到規定標準。 預熱能夠防止焊接期間產生裂紋或是低溫狀態下的脆化與裂變；預熱能夠有效增加冷卻時間，從而確保焊接口部位的溫度得以緩慢降低，以此避免形成輕質裂紋[5]。

4.2 提高工作人員專業素養

盡管當前國內焊接工作相較以往已經取得了較大的進步，不過依舊有部分公司的焊工專業知識掌握不全面，不了解先進的焊接工藝技術，并且無法嚴格按照各項規章制度實行施工操作。 為此，各個公司都需要注重對于焊工的培訓與教育，定期對其進行專業技能考核， 以此有效提升焊工的專業技術能力水平， 并在日常工作中更加注重對于焊接質量的控制。 檢查人員還需要提升全體職工的責任意識， 對于焊接操作過程與結果加以仔細檢查，保證焊接施工的安全、有序開展[6]。

4.3 建立健全規章制度

焊接相關的規章制度還不夠健全，基于此種狀況，需要按照國內管道工業發展現況制定一系列完善的國家規范標準。 并且，每一公司都需要依照國家規范標準開展施工作業，在公司內部創建科學合理的管理激勵機制，確保職工能夠在焊接工作中以嚴謹、負責的態度做事。 并且，設計人員還需要按照工程要求設計合理的施工圖紙，按照實際施工中發生的問題予以修正與調整，確保管道焊接質量以及現場施工人員的安全，以此保障公司的經濟效益[7]。

4.4 加強監督管理工作

監管人員在依照規章制度實行監督管理工作之時，需要仔細分析職工的工作環境，確保管線焊接施工的安全性與規范性， 保證有關職工在施工期間均能始終堅守個人崗位， 依照對應的規范標準實行安全化、有序化、規范化的工作。 監管人員還要對施工材料的質量加以嚴格檢查與核查，確保公司工藝技術的機密性， 并防止施工之間發生偷工減料、以次充好的違規行為。 焊工在進行焊接施工時，需要嚴格遵照工藝技術規定，把控好組對焊縫的質量，并落實好各方面的安全防護工作[8]。

4.5 做好進度控制

在焊接施工時，應當做好進度的控制，不得只為求速度快，而是要將質量放于首位，在充分保障焊接質量合格的基礎上才能適當進行趕工。對于每一環節的焊接操作都要進行全面監督，保證每一環節均滿足質量要求，促使總體焊接質量滿足施工標準。

4.6 做好溫度控制

當對焊接母材實行預熱之時，管道溫度不得超過180℃，并且管道層間溫度需要控制在300℃以下，只有做好溫度的耦控制，方能保證焊接質量滿足規定要求。 對于不同材質的管道，在層間溫度上的要求也會有所差異，碳鋼高壓管層間溫度需要控制在250℃之下，相較于此種管道，對于不銹鋼以及鎳基管道則無需進行預熱，這兩類材質的管道層間溫度則需要控制在150℃以下。 對于合金鋼管以及鉻鉬鋼管需要在焊接結束后的半小時之內實行熱處理， 讓其溫度控制在300～500℃范圍內。 一般而言，大多是采用烤槍來進行小管徑管道的預熱處理，對于大管徑管道則是采取電加熱法實行預熱處理[9]。

4.7 做好線能量控制

焊接過程中，應當對電壓、電流加以嚴格控制，按照焊接規范標準實施作業，防止焊接時輸入的線能量超出規定標準， 從而影響焊接質量。在實際施工時，可經過對焊機有關參數的調節來實現對線能量的控制，仔細檢查焊接設備的運作情況，判斷其能否滿足設計要求，并對焊接速率加以計算，待到上述條件均滿足對應標準之后才能開始焊接[10]。

5 總結

在國內經濟、科學技術高速發展的時代背景下，各行各業都開始對石油、天然氣等能源有更高的使用需求。 為此，國內應當強化對管線的建設力度，注重對管線施工質量的控制，保證產品的質量，實現焊接生產的自動化和智能化越來越受到焊接生產企業的重視。