王林 程磊 趙成軍 白值尹

國家管網(wǎng)集團西部管道新疆輸油氣分公司

摘要：基于氬電聯(lián)焊焊接原理，分析了大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊在實(shí)際應用中可能出現的裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等缺陷的特征、危害及成因，提出了各類(lèi)缺陷防控的針對性措施，對提高高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊接質(zhì)量具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高鋼級管道；氬電聯(lián)焊；缺陷成因；缺陷控制

氬電聯(lián)焊是一種采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面的復合焊接工藝，該工藝兼顧氬弧焊質(zhì)量高、成型好、無(wú)熔渣和電弧焊適應性強、焊接速度快、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。大口徑高鋼級長(cháng)輸管道廣泛采用氬電聯(lián)焊工藝，對于管道焊接質(zhì)量和效率的提升發(fā)揮了重要作用。盡管氬電聯(lián)焊工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際作業(yè)中因人員操作不當、防風(fēng)措施失效、焊接參數設置不合理等因素會(huì )導致焊縫出現裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等焊接缺陷，對油氣管道運行帶來(lái)安全隱患。

1  氬電聯(lián)焊缺陷成因

裂紋。大口徑高鋼級輸油氣管道氬電聯(lián)焊焊口最主要缺陷之一，一般比較細小，以絲狀、網(wǎng)狀、環(huán)狀等形式存在，多出現在焊縫區域或者熱影響區。裂紋也是焊接缺陷里危害最為嚴重的一種，其最大的特征是具有擴展性，在一定的條件下會(huì )不斷地“生長(cháng)”，對管道的強度、密封性等產(chǎn)生影響，甚至會(huì )引發(fā)嚴重的安全生產(chǎn)事故。裂紋是在焊接環(huán)節中由多種因素共同作用下形成的，包括強力組對焊接應力過(guò)大、焊接參數設置不合理、焊接材料質(zhì)量不達標、焊接工藝選擇不當等。

氣孔。在大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊口中氣孔發(fā)生概率非常高，會(huì )引起應力集中，氫氣孔還可能促成冷裂紋。氣孔的產(chǎn)生減少了焊縫的有效截面積，降低了焊縫的機械性能，損壞了焊縫的致密性，特別是直徑不大、深度較深的圓柱形長(cháng)氣孔危害極大，可能直接造成介質(zhì)泄漏、著(zhù)火爆炸等嚴重事故。氣孔的形成是焊接開(kāi)始之前沒(méi)有徹底清理焊接作業(yè)位置的污物、鐵銹，或者焊接環(huán)境條件達不到焊接要求、焊接材料不合格而引起的。

夾渣。在大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊口中出現概率相對較高，主要以線(xiàn)狀、點(diǎn)狀、片狀存在，并且在多個(gè)區域分布極為不均勻，帶有尖角的夾渣會(huì )產(chǎn)生尖端應力集中，可能發(fā)展為裂紋源，危害較大。如果夾渣缺陷不能有效消除，將會(huì )導致焊接位置的強度和塑性下降，嚴重者會(huì )出現管道的開(kāi)裂、失效等。夾渣缺陷主要由焊口存在雜質(zhì)、氧化物等原因形成。

未焊透、未熔合。大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊口中的未焊透、未熔合減少了焊縫的有效截面積，使接頭強度下降，引起應力集中，降低焊縫的疲勞強度。未焊透應力集中嚴重，可能成為裂紋源，其危害性?xún)H次于裂紋，是造成焊縫破壞的重要原因。造成未焊透、未熔合的主要原因包括坡口角度、對口間隙、鈍邊、錯邊量及焊接參數不合理等。

咬邊。大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊口中的咬邊會(huì )導致焊接位置的強度性能下降，減小母材的有效截面積，產(chǎn)生應力集中，進(jìn)而引起裂紋，在疲勞載荷作用下，降低結構的承載能力，嚴重者會(huì )出現斷裂。咬邊是因為電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒(méi)有得到熔敷金屬的充分補充，留下的缺口、溝槽形成的。

2  氬電聯(lián)焊缺陷控制

一般要求。為有效控制氬電聯(lián)焊缺陷，提高焊接質(zhì)量，應通過(guò)作業(yè)前考試等手段對焊接人員技能水平進(jìn)行評估，安排具備作業(yè)能力的人員進(jìn)行焊接。作業(yè)前對焊接設備進(jìn)行檢查，包括儀表、旋鈕、電源極性、電源線(xiàn)等，確保焊接設備各項輸出參數正常。使用的焊條、焊絲應有出廠(chǎng)說(shuō)明和質(zhì)量保證書(shū)，并經(jīng)復檢合格。按規定做好焊材的儲存、發(fā)放、出入庫記錄。作業(yè)當天未用完的焊材，應妥善保管，防止受潮。使用過(guò)程中按照焊接工藝規程要求的烘干溫度、時(shí)間、次數進(jìn)行烘干并做好烘干記錄。

裂紋缺陷控制。焊接作業(yè)前應對材料進(jìn)行全面檢查及預處理，同時(shí)確定合理的焊接參數和工藝方案，防止因熱應力或者焊接應力引發(fā)裂紋。作業(yè)過(guò)程中，焊接電流、焊接速度、預熱溫度、層間溫度、層間焊接順序、每層焊縫厚度、氣體流量都應符合焊接工藝規程的要求，并做好監測和記錄。重點(diǎn)做好以下工作：①焊前仔細清除坡口周?chē)�基體金屬表面和焊絲上的水、油、銹等污物，減少氫的來(lái)源，以降低焊縫中擴散氫的含量；②采取焊前預熱和焊后緩冷的辦法，防止產(chǎn)生熱裂紋；③采用低氫型堿性焊條，按照工藝規程要求嚴格烘干；④工藝方面改善粗晶粒區的組織，減少馬氏體組織，保證接頭具有一定的韌性；⑤減少應力集中并降低殘余應力，在保證強度條件下，盡量選用屈服強度低的焊接材料；⑥選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力；⑦焊后及時(shí)進(jìn)行消氫熱處理。

氣孔缺陷控制。焊接作業(yè)時(shí)應嚴格執行規范化操作要求，焊接前對焊接區域進(jìn)行清理，保證沒(méi)有雜質(zhì)、油污等影響焊接質(zhì)量的因素，同時(shí)還要重視環(huán)境監測，確保環(huán)境風(fēng)速、溫度、濕度符合作業(yè)要求。重點(diǎn)做好以下工作：①清除焊絲、坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分等污物；②焊前預熱，減緩冷卻速度；③采用堿性焊條施焊，短弧焊接；④按規定的溫度和時(shí)間進(jìn)行烘干，取出后放在焊條保溫桶中隨用隨��；⑤焊條藥皮無(wú)開(kāi)裂、脫落、變質(zhì)、偏心。焊絲表面應清潔，無(wú)油無(wú)銹；⑥運條角度要適當，操作應熟練；⑦焊接作業(yè)時(shí)做好防風(fēng)措施；⑧焊接前檢查氬氣純度，氬氣管、氬氣表、焊槍密封良好；⑨降低焊接速度，使液態(tài)熔池中的氣泡溢出。

夾渣缺陷控制。主要通過(guò)采用符合焊接工藝規程的坡口設計、薄層多道焊接、對焊道進(jìn)行仔細清渣打磨等方式來(lái)控制。焊前應將焊接區域內鐵銹和油污清除干凈，坡口角度不宜過(guò)小，坡口內及兩側、層間的熔渣必須清理干凈。選擇焊接參數時(shí)，電流不可太小，焊接速度不能太快。焊接時(shí)隨時(shí)調整焊條角度及擺動(dòng)幅度，確保焊接接頭的性能達到要求。重點(diǎn)做好以下工作：①合理選用焊接材料，充分脫硫、脫氧；②選用合適的焊接參數，以利于熔渣的浮出；③多層焊時(shí)，注意清除前一層焊縫的熔渣；④焊條要適當擺動(dòng)，以利于熔渣的浮出；⑤在坡口兩側適當停留，防止出現夾槽；⑥采用合理的焊接順序；⑦薄層多道焊接；⑧坡口加工符合設計要求。

未焊透、未熔合缺陷控制。選擇合適的焊接參數以及工藝方案非常重要。焊接工藝中要確定焊接電流、焊接速度、焊接角度等參數。對焊接部位全面清潔處理，確保沒(méi)有任何影響焊接質(zhì)量的氧化物以及雜質(zhì)。重點(diǎn)做好以下工作：①焊前預熱，預熱溫度及層間溫度符合工藝規程要求；②掌握正確的焊接操作方法，把熔敷金屬送至坡口根部；③坡口加工符合設計要求，坡口角度、對口間隙、鈍邊、錯邊量均符合設計要求；④在焊接工藝規程允許的范圍內，采用較大的焊接電流；⑤管口有磁時(shí)，進(jìn)行消磁處理，防止磁偏吹現象；⑥采用短弧焊接。⑦采用多層多道焊，控制每層填充金屬厚度；⑧運條時(shí)注意坡口兩側停留時(shí)間。

咬邊控制。調整焊接參數，選擇符合要求的焊接工藝，并落實(shí)焊接人員的培訓和教育。將焊縫兩側的氧化物、雜質(zhì)等清理干凈，使得焊接作業(yè)能夠有序開(kāi)展。重點(diǎn)做好以下工作：①保持正確的操作姿勢，焊接速度適當；②坡口兩側清理干凈，防止污物阻礙液態(tài)金屬的流動(dòng)；③選用合理的規范，焊接電流不宜過(guò)大；④采用正確的運條方式，坡口兩側稍作停留；⑤按照焊接工藝規程要求，蓋面層焊道兩側加寬；⑥采用短弧焊接；⑦減小焊接速度，保證熔池溫度，提高液態(tài)金屬流動(dòng)性。

3  結語(yǔ)

大口徑高鋼級管道氬電聯(lián)焊焊口缺陷主要包括裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等，各類(lèi)缺陷的特征、危害及成因各不相同，但都會(huì )影響后期管道系統的安全可靠運行。在氬電聯(lián)焊作業(yè)中要重點(diǎn)加強人員培訓、選用合格的焊接材料、優(yōu)化焊接工藝參數、嚴格焊接現場(chǎng)管理和過(guò)程質(zhì)量控制，最大限度避免各類(lèi)焊接缺陷的形成。

作者簡(jiǎn)介：王林，1984年生，大專(zhuān)，助理工程師，現任新疆輸油氣分公司哈密維搶修隊焊工，主要從事輸油氣管道維搶修及相關(guān)工作。聯(lián)系方式：15299778159，402852790@qq.com。