不锈钢管道焊接在烟墩压气站的质量控制

由于不锈钢具有膨胀系数大等特点，焊接质量较难保证。在西气东输工程烟墩压气站二期，不锈钢管焊接焊缝达800余道。本文结合施工实践中不锈钢管焊接出现的质量问题，提出了相应的质量控制措施，现场应用效果良好。

2010年5月我单位承接了国家西气东输工程烟墩压气站二期工程。该工程建设的目的是提高烟墩站的天然气输送能力，确保管道的压力。该工程中润滑油管线、仪表风管线以及压缩机撬间管线等均采用不锈钢管，共计800多道焊口。焊缝背面成形的质量直接影响系统的运行工况，背面焊缝凸起影响工质流动，焊缝凹陷则会积累管道中的滞留物，造成腐蚀，最终导致腐蚀穿孔或腐蚀开裂。因此，严格控制和确保焊接质量是保证烟墩压气站工程质量的关键。我公司在施工中采用了手工钨极氩弧焊接工艺，确保所有焊口质量达到验收标准。焊接的800多道不锈钢焊口全部达到验收标准，经强度试验和严密性试验未发现渗漏、变形等缺陷。本文将烟墩压气站施工中不锈钢管材质量控制一些实践，加以总结，与同行探讨。

西气东输工程烟墩压气站二期，不锈钢管道的材质多为TP304，焊接工艺流程如下：坡口打磨→对口→固定→焊口自检→监理检查→焊口点焊→焊口满焊→外观检查→探伤。由焊接工艺流程可知，焊前和焊接中的工艺控制是整个焊接质量控制的关键，焊后的焊接质量矫正作用十分有限浙江不锈钢管厂家。

1不锈钢管焊接变形原因及质量控制

1.1变形原因分析

不锈钢管道焊接变形有以下三方面原因[1]：

（1）不锈钢的热膨胀系数较大（奥氏体不锈钢的热膨胀系数比碳钢大50%），导热慢，容易产生较大的内应力，内应力控制不当，易产生变形；

（2）在焊接中，由于不锈钢熔池流体粘性大，焊接困难，施焊时往往需增大焊接电流，线能量的增加易产生焊接变形；

（3）焊接中点焊、固焊的长度和数量不够，施焊的顺序不当等也容易引起变形。

1.2变形的危害

对口后的预制管材，在安装时因为变形而无法正常安装（特别是存在法兰或弯头等管件时，变形对正常施工影响更大），致使割除焊口进行返工，影响正常施工进度。

1.3变形的质量控制

（1）严格控制厚度偏差

对口前，实测管道坡口壁厚，如有偏差，则厚薄交叉搭配，对称错开，尽量减少由于壁厚偏差引起的变形。管道沿圆周方向的坡口角度大小应均匀，尽量减小对口间隙。在烟墩压气站，不锈钢的焊接工艺规范为：对口间隙(2~3)mm，坡口角度75±5°，以减少填充金属。在试件圆周如1点和11点位置进行点焊，点焊长度不小于10 mm，厚度不小于3 mm（见图1）。

（2）采用夹具固定对口

根据管材的不同，设计了简单实用的管材固定夹具。即根据管材的形状不同合理选择固定点及固定工具[2]。主要工具有可调式四点顶丝扣（从3点、6点、9点、12点位置固定），固定架，法兰对口器等。

（3）反变形措施

正式施焊时，应把管道分成4个1/4圆周，对称施焊。当管道d≤219mm时，一名焊工焊接，焊接顺序见图2(a)；对于d≥219mm的管道，宜对称焊，两名焊工施焊，且两名焊工的焊接速度应基本一致，焊接顺序见图2(b)。根据实践经验得出管道的变形方向，如管道向间隙大焊道宽的方向变形等。

焊接时，必须严格按照焊接工艺规范要求的焊接电流和焊接速度进行，以确保小的线能量。不锈钢管道焊接时，焊缝的层间温度必须严格控制在100℃以内。

2不锈钢管焊接气孔夹渣原因及质量控制

2.1夹渣气孔产生原因分析

气孔是指在焊接过程中，熔池金属中的气体在熔池凝固前未能及时逸出，而残留于焊缝金属中（内部或表面）所形成的孔穴。气孔的形状、大小及数量与母材材质、焊条性质、焊接位置及焊工操作技术水平有关。形成气孔的气体，有的是原来溶解于母材和焊条钢芯中的气体；有的是药皮在熔化时产生的气体；有的是母材上的油、锈、垢等物在受热后分解产生的；也有的来自大气。气孔的产生原因是焊接电流过小，焊层过厚等都造成熔池高温时溶解的气体在冷却时不能及时逸出，残留在焊缝中形成气孔缺陷。根据烟墩压气站不锈钢管道焊接出现的几处返修口的检查，发现产生气孔的主要原因是焊速过快，焊接时风速超过工艺规定值。

夹渣是指焊接熔渣残留于焊缝金属中的现象，是较为常见的缺陷之一，产生位置具有不确定性。产生夹渣的原因主要是操作技术不良，使熔池中熔渣在熔池冷却凝固前未能及时浮出而存在于焊缝中。层间清渣不彻底，焊接电流过小都可能产生夹渣。

2.2夹渣气孔的危害

将焊接接头锯开检查会发现：焊缝根部有明显的“起皮”现象，且外观上显得金属组织非常疏松。此外，在焊接过程中还发现根部有明显的“翻泡”现象。这将降低焊道的承压能力。因此，出现夹渣气孔不但造成返工，还对机组的安全运行产生不良影响，焊道不能达到工艺规定的压力要求，特别是对高压管线，危害更大。

2.3夹渣气孔的质量控制

2.3.1气孔质量控制

（1）使用与母材相对应的专用焊接钢丝。

（2）使用氩气纯度不得低于99.5%。

（3）氩弧焊焊接场地必须有可靠的防风、防雨雪措施，以免影响氩气的保护效果。焊件在组装前应将焊口表面及两侧10~15 mm范围母材内、外壁的油、漆、垢、锈等清理干净，直至见到金属光泽。

（4）在手工钨极氩弧焊打底时，焊缝背面要充氩保护，保证背面成形良好且防止合金元素的氧化、烧损。

（5）严格按照焊接工艺规程进行焊接。在点固焊时，不能按照常规只点焊2点，而应沿管四周均匀点焊4~5点，每点长度5~10mm，以保证焊接过程中对口间隙不会因焊接拘束应力而变小。

（6）采用冷水强制降温的办法，即焊工在施焊时，旁边放上一桶冷水，每焊完一层焊道就用浸透冷水的棉纱头擦试冷却焊缝，使焊缝金属的温度骤降至100℃后再进行下一层道的焊接。这样可尽量减少焊缝金属在400~550℃温度区间的停留时间，减少产生475℃脆性的机会。同时，因为不锈钢的延展性良好，水冷降温一般不会产生裂纹。

2.3.2夹渣质量控制

（1）焊接过程中，要始终保持清晰的熔池，必须分清熔渣与钢水。

（2）焊接时不要将电弧压得过底，当熔渣大量地盖在熔化钢水上面，分不清钢水与熔渣时，要适当地拉长电弧，利用增加的电弧热量和吹力将熔渣顺利地吹到旁边或淌到下方。

（3）发现母材上有污物或前条焊道上有熔渣未清除之处，则焊到该处时要将电弧拉长，并稍加停留，使污物或熔渣再次被熔化吹走，待母材或前条焊道得到较好熔化时，再进行焊接。

（4）焊接过程中，当前条焊道在熔化时有黑块或黑点出现时，表明前条焊道有夹渣，此时应拉长电弧将该处扩大和加深熔化范围，直至熔渣全部浮出。

（5）在焊接参数范围内，适当增大焊接电流，可有效减少夹渣缺陷出现的几率。

3其他影响焊接质量的缺陷

影响不锈钢管道焊接质量的因素还有晶界腐蚀、未焊透、裂纹、烧穿及漏焊、飞溅、弧坑、焊瘤和咬边等，这几种焊接缺陷在烟墩站的施工作业过程中未曾出现，但也是影响焊接质量的因素，施工过程中也必须加以重视和预防。

4总结

本文以TP304不锈钢管材为例，对烟墩压气站曾出现的变形、夹渣、气孔等不锈钢管焊接缺陷产生的原因、危害及质量控制进行了阐述，得出以下结论：

（1）严格控制厚度偏差，采用夹具固定对口和反变形法是防止不锈钢管焊接变形的主要途径。

（2）使用与母材相对应的专用焊接钢丝，手工氩弧焊打底、充氩保护等可有效降低气孔夹渣的产生几率。

（3）严格按照不锈钢焊接工艺规程实施作业是控制不锈钢管材焊接缺陷的重要途径。

（4）由具有较高焊接技术的焊工进行不锈钢管材的焊接施工是控制不锈钢管材焊接缺陷的必要条件。