管线焊接工艺技术分析

杨彪

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

随着石油与天然气的广泛开发运用，同时在社会高速发展的背景下，开始对管线有了更高的需求， 并且管线焊接质量的重要意义也愈发明显。

不过，因为传统焊接技术下的管线质量以及工作效率已经无法有效满足时代发展需求，因此分析管线焊接工艺技术对于提升其整体施工质量而言具有一定的现实意义。

1.1 氩弧焊

这是使用工业钨或者是活性钨作为不熔化电极，将氩气这一惰性气体充当保护气而实行焊接的一种方式，又可称为TIG。通过利用钨电极和焊件中形成的电弧，对熔化母材实行加热处理以此达成焊接目的。

氩气的主要作用在于，保护焊缝金属以及钨电极焰池，使气在电弧加热时不会与空气发生氧化反应。

此焊接技术的特点如下：1）可以使用的范围较广，除了熔点极低的铝锡材料以外，大部分金属以及合金材料均能使用此技术实行焊接；
2）交流氩弧焊能够用于化学性质较为活跃以及容易构成氧化膜的铝、铝镁合金材料的焊接之中；
3）在焊接施工时不会产生焊渣、飞溅等情况，环保性与安全性都较强；
4）可以实行全方位焊接，利用脉冲氩弧焊能够降低热输入，比较之和焊接厚度为0.1mm 的不锈钢材料；
5）电弧温度较高、热输入相对较低、速率快、热影响范围窄、焊接变形不明显；
6）填充金属与添加量不会受到来自焊接电流的影响[1]。

1.2 手弧焊

所谓的手弧焊即为手工电弧焊，是一种利用焊钳夹紧焊条实行焊接操作的方式。

其主要借助焊条和工件之间构成的稳定燃烧的电弧，使得焊条与工件得以受热融化，进而得到连接紧密的焊接接口。

在实行焊接施工时，焊条药皮涂层会持续进行分解与熔化，以此产生气体与熔渣，从而对焊条端口位置、 电弧熔池与周围部位加以保护，以此避免熔化的金属发生氧化反应，同时焊条芯棒也会在电弧的作用之下慢慢熔化，流入至熔池之中，成为焊缝填充金属。

还可以在焊条药皮涂层之中掺加合金粉末，以此来提升焊缝的物理性能。

1.3 二氧化碳焊

二氧化碳电弧焊属于一种工作效率相对较高的焊接方式， 其将二氧化碳气体作为保护气，拼接焊丝和焊件之间的电弧来使得金属融化。

此种焊接方式往往使用焊丝自动送丝，敷化金属量比较大，而且工作效率非常高，焊接质量也十分稳定。所以，在国内与国外都备受青睐。相较于其他类型的电弧焊，该种技术具有下述特征：1）工作效率更高。

二氧化碳电弧焊具有极强的穿透力，而且熔深非常大，焊丝熔化率比较高，因此熔敷速率快，相较于手弧焊而言其工作效率甚至可达到其三倍以上；
2）焊接成本低。

二氧化碳电弧焊的成本相较于埋弧焊与手弧焊而言，仅仅只达到其40%～50%；
3）耗用能量低。

将二氧化碳电弧焊与药皮焊条进行对比，一同焊接厚度为3mm 的对接钢板时，每米焊缝的用电量要少用30%，而在进行厚度为25mm 的钢板对接焊接时， 用电量可以减少60%；
4)使用范围较广。不管是对于哪一部位，均能应用此焊接技术，最低可以进行厚度为1mm 的薄板焊接，而对于厚板焊接则在厚度上没有限制（可以使用多层焊）。

并且，焊接速率较快，发生的变形程度较低[2]；
5）焊缝抗锈性能较佳，而且还具有较高的低抗裂性；
6）焊接之后需要进行清渣处理，引弧操作方便进行监控，有助于达成焊接施工的机械化与自动化。

2.1 焊接中坡口的加工与处理

目前，国内管道焊接均利用氧气乙炔或等离子弧来进行加热， 从而确保焊接质量符合要求。焊接前对于焊缝周围20mm 的范围需要进行清理；
待到焊接操作结束之后，需要立即清理干净坡口部位的飞溅、熔渣以及氧化皮等杂物。

另外，还要求利用锉刀来对焊缝周围不平整的部位加以打磨，防止因为受力不均而使得应力过于集中。

2.2 管道定位

管道坡口在经过加工以及清理干净以后，需要对管道实行组对，对管道实行组对和定位的主要作用在于确保焊接质量，以免连接构件存在不均匀、错台等各种质量问题。

由于在坡口不均匀、对接空隙与钝边大小都不合格的状况下，非常容易引起连接位置出现焊瘤、没有焊透或是向内凹陷等问题，因此，在实行管道定位之时需要确保管道两端内壁对应齐整，内壁错边不可高于内壁管径的10%，也不得高于5mm，若是两端壁厚不一致，而且不得不进行连接的状况，需要对不平整的一端实行打磨处理。

在定位连接过程中，需要先把两端管道固定牢固，而且要采取有效措施避免两端管道在焊接施工期间因为受热而发生不均匀变形的问题，进而对焊接质量带来负面影响。

在焊接过程中，还需要对不同焊接位置采取同一种焊接工艺技术， 并安排专业技能过关、具有上岗资格证的焊工来负责焊接操作[3]。

2.3 焊接施工

在进行管线焊接前，需要将坡口加工成V 型坡口， 其后使用角磨机对管线两端加以除锈处理，在外对口器管线组对结束之后，还要使用电加热设备实行预热， 待到温度达到规定标准之后，以此实行根焊，这一操作首先要保障的是焊缝均匀，不可发生焊穿的问题。

在进行组对焊接施工时，需要用对口器把焊接管口加以固定。

应当使得根部焊接长度高于管周长的二分之一，其后再将外对口器予以撤除。

另外，根部焊道需要均匀的设置在管口周边。

在施工操作时，还需要对管口组对错边量加以检查，调整好管口组对的缝隙与焊接缝隙的宽度。

2.4 焊缝检测

2.4.1 外观检测

1）焊缝与母材二者间的过渡应当足够圆滑，焊缝表部不得存在缺陷，例如:气孔、裂缝、焊渣等，在检查发现缺陷之时，需要依照有关标准加以及时处理。

2）焊缝余高不可高于3mm，并且其宽度相较于坡口部位的增宽不得大于4mm，也就是每一侧增宽不可大于2mm。

3）焊缝咬边深度需要把控在0.5mm 之内，而且两端咬边总长度不得大于焊缝总长度的20%，并且也不得低于40mm。

4）在焊缝外观与规范标准不相符的情况下，需要立刻对其进行返修处理直至合格，否则不得开展后续工作[4]。

2.4.2 探伤检测

当焊口焊接完毕之后，按照有关标准实行射线检测，检测之时的探伤级别需要依照行业规范予以决定。

在施工现场的检测工作人员，需要对检测结果予以评判分析评片等级，以此判定其合格与否，同时还要正确、详细的记录检测结果，以便后期随时调用查阅。

3.1 裂纹

焊接施工中，如果金属破裂便会形成裂纹，这类缺陷通常是在接头处形成的，接头处存在空隙，未能充分融合，便会形成裂纹。

比较常见的裂纹主要包括液化、延迟与结晶三种。

焊接过程中，由于局部温度相对比较高，因此当焊接结束之后，局部温度会慢慢冷却， 若是在焊接期间未能严格依照规定要求开展作业，就极易产生结晶；
液化裂纹通常是在焊接结束之后经过了一段时间之后才会形成；
因为裂纹存在延展性，因此当焊接结束后也可能会形成延迟裂纹， 并且裂纹会在这一基础之上持续扩大，从而给管道的使用安全带来威胁。

3.2 未焊透

在进行管道焊接过程中， 未焊透属于十分常见的一种缺陷类型， 导致此缺陷发生的主要原因有以下几种：1）因为管道表面清洁过度，从而产生了沟槽，在进行焊接时不易焊透；
2）坡口加工质量不合格，角度太小、钝边太厚或者是间隙太小等；
3）在焊接期间，工作人员没有严格依照焊接工艺规程实行操作，使得在实行电焊操作时电流过小，进而使得熔深太浅；
4）磁偏吹影响；
5）焊接速度过快；
6） 焊件的散热速度过快， 使熔池存在的时间短，以致填充金属与母材之间未能充分融合。

4.1 在执行焊接操作前的准备工作

4.1.1 对于焊口的检查与处理

根据施工图纸来对焊件坡口角度尺寸与形状实行检查，主要检查内容有工艺技术类型、管口形状有否存在椭圆度不合格等问题。

维持施工面的干净清洁，以免出现鳞状现象。需要把焊接表面油渍、磨损等加以充分清理，特别是坡口内侧，应当清理至显现出金属光泽， 不然对焊接质量造成直接影响。并且还应当注重对于管口的清理。若是在实行焊接施工时，间隙太小，则极易出现根部熔化不充分的状况；
若是间隙太大，则容易发生烧穿的状况，导致内部形成焊接瘤。配件或管道组对时需优先考虑对口器进行组对，且组对后误差小。

4.1.2 焊接前的预热处理

根据有关工艺技术操作规范，对管口实行预热，确保温度达到规定标准。

预热能够防止焊接期间产生裂纹或是低温状态下的脆化与裂变；
预热能够有效增加冷却时间，从而确保焊接口部位的温度得以缓慢降低，以此避免形成轻质裂纹[5]。

4.2 提高工作人员专业素养

尽管当前国内焊接工作相较以往已经取得了较大的进步，不过依旧有部分公司的焊工专业知识掌握不全面，不了解先进的焊接工艺技术，并且无法严格按照各项规章制度实行施工操作。

为此，各个公司都需要注重对于焊工的培训与教育，定期对其进行专业技能考核， 以此有效提升焊工的专业技术能力水平， 并在日常工作中更加注重对于焊接质量的控制。

检查人员还需要提升全体职工的责任意识， 对于焊接操作过程与结果加以仔细检查，保证焊接施工的安全、有序开展[6]。

4.3 建立健全规章制度

焊接相关的规章制度还不够健全，基于此种状况，需要按照国内管道工业发展现况制定一系列完善的国家规范标准。

并且，每一公司都需要依照国家规范标准开展施工作业，在公司内部创建科学合理的管理激励机制，确保职工能够在焊接工作中以严谨、负责的态度做事。

并且，设计人员还需要按照工程要求设计合理的施工图纸，按照实际施工中发生的问题予以修正与调整，确保管道焊接质量以及现场施工人员的安全，以此保障公司的经济效益[7]。

4.4 加强监督管理工作

监管人员在依照规章制度实行监督管理工作之时，需要仔细分析职工的工作环境，确保管线焊接施工的安全性与规范性， 保证有关职工在施工期间均能始终坚守个人岗位， 依照对应的规范标准实行安全化、有序化、规范化的工作。

监管人员还要对施工材料的质量加以严格检查与核查，确保公司工艺技术的机密性， 并防止施工之间发生偷工减料、以次充好的违规行为。

焊工在进行焊接施工时，需要严格遵照工艺技术规定，把控好组对焊缝的质量，并落实好各方面的安全防护工作[8]。

4.5 做好进度控制

在焊接施工时，应当做好进度的控制，不得只为求速度快，而是要将质量放于首位，在充分保障焊接质量合格的基础上才能适当进行赶工。对于每一环节的焊接操作都要进行全面监督，保证每一环节均满足质量要求，促使总体焊接质量满足施工标准。

4.6 做好温度控制

当对焊接母材实行预热之时，管道温度不得超过180℃，并且管道层间温度需要控制在300℃以下，只有做好温度的耦控制，方能保证焊接质量满足规定要求。

对于不同材质的管道，在层间温度上的要求也会有所差异，碳钢高压管层间温度需要控制在250℃之下，相较于此种管道，对于不锈钢以及镍基管道则无需进行预热，这两类材质的管道层间温度则需要控制在150℃以下。

对于合金钢管以及铬钼钢管需要在焊接结束后的半小时之内实行热处理， 让其温度控制在300～500℃范围内。

一般而言，大多是采用烤枪来进行小管径管道的预热处理，对于大管径管道则是采取电加热法实行预热处理[9]。

4.7 做好线能量控制

焊接过程中，应当对电压、电流加以严格控制，按照焊接规范标准实施作业，防止焊接时输入的线能量超出规定标准， 从而影响焊接质量。在实际施工时，可经过对焊机有关参数的调节来实现对线能量的控制，仔细检查焊接设备的运作情况，判断其能否满足设计要求，并对焊接速率加以计算，待到上述条件均满足对应标准之后才能开始焊接[10]。

在国内经济、科学技术高速发展的时代背景下，各行各业都开始对石油、天然气等能源有更高的使用需求。

为此，国内应当强化对管线的建设力度，注重对管线施工质量的控制，保证产品的质量，实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。

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