热力管网管道焊接缺陷的预防措施

　　摘要：热力管道的焊接要求较高，对焊接的过程控制是关键，首要保证施工焊接人员的资格能力达到工艺要求的施工经验，具备相应的资格，焊接的方法也是制约质量的控制点，预防和治理热力管道焊接中常出现的缺陷，是本文章的核心内容，从材料、施工、检查、验收等环节出发，达到事先控制、中间过程控制为主，事后检查为改进提供支持的管理环节，实现预定质量目标。

　　关键词：热力管网,事前控制,过程控制,预防措施,焊瘤控制,质量检查

　　自2003年我市开始建立热力管网以来，公司承揽了热力主管道、多处分支及换热站等锅炉、压力管道安装工程的施工。处理过质量问题多项，解决了焊接过程中质量缺陷，总结了系列焊接施工方法、工艺、技术，有的形成了企业工法、标准，在全公司内推广应用，施工的项目得到业主及监理公司的一致好评。热力管网管道属压力管道范畴，是国家实施特种设备施工准入控制的压力管道中公用管道的一类，简称“GB2”。热力管道施工包括管沟开挖和管道安装两部分，其中管道安装施工中焊接质量决定着整个工程最终质量。

　　管道焊接有多种焊接方法，根据工程的特点和设计要求，经过现场实践，选择采用钨极氩弧焊打底手工电弧焊盖面的复合型焊接方法。焊接缺陷直接影响焊接质量，通过对形成焊接缺陷的原因分析，制定预防措施。

　　一、焊接缺陷的主要表现形式及原因分析

　　焊接施工时，焊条、焊丝的选择、使用方法、焊接条件和施工管理等任何一个方面的失误，都可导致“焊接缺陷”的产生。而一项不当的焊接工艺及不适当的焊接参数的选择更是造成焊接缺陷的主要原因。电弧焊常见焊接缺陷裂纹、气孔、夹渣、焊瘤、咬边、弧坑及表面气孔、未焊透、夹渣等;钨极氩弧焊产生的工艺缺陷如：咬边、烧穿、未焊透、表面成型不好等，同一般电弧焊方法相似，产生的原因大体相同。焊接缺陷大致可分为内部缺陷和外部缺陷两类。内部缺陷主要指夹渣、气孔、裂缝、未熔合及未焊透等。外部缺陷是指表面裂纹、表面气孔、凹坑、焊瘤和咬边等形状缺陷，以及热变形、错边或角焊缝的焊脚尺寸不足等尺寸上的缺陷。

　　1、夹渣

　　夹渣分单个的与条状的两类。有的外形不规则，也有的呈球状。他们都是焊缝金属中残留的外来固体物质。用药芯焊丝焊接时会产生一层溶渣覆盖于焊缝表面，当溶渣在熔融的焊缝金属中来不及浮出表面而停留在金属内时，就形成了夹渣。这些夹渣削弱了焊缝，并且可能成为一种裂纹源。造成此缺陷的施工方法、工艺标准实施地因素包括：

　　基层及每层的焊道清渣不干净;不稳定的运条速度;不适当的焊丝角度，使熔渣流到电弧前面;

　　摆动幅度太宽;运条速度太慢，使熔池处在电弧前面;电流控制得太低。

　　2、气孔

　　气孔是在焊缝金属中的一种充满气体(H2，N2，CO)的空穴。气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁洁净光滑。他们可以密集的分布在焊缝的某一部位，也可以沿着焊缝的全长分布。气孔减小了焊缝横截面，使其受到削弱。气孔可以在焊缝内部，也可以穿透到焊缝表面，或者两种都有，也有的表现为焊缝表面的凹坑或长条状气沟。当从凹坑部分释放出来的气体，受到半熔融熔渣的抑制，被封闭与熔渣与熔融金属间，造成熔融金属的下凹，当金属凝固时，即成气沟。如图2-1。

　　气孔一般由下列一个或多个因素造成：

　　用于保护电弧及熔池的保护气体流量不够;保护气体流量过大,将空气卷入,或风速大造成保护气体的覆盖偏转,导致保护不良;保护气体混有杂质或受潮;焊接电流过大,或电弧电压过太高;焊丝干伸长度过长;过快的运条速度,导致气体还没逸出之前,焊接熔池以凝固;母材或焊丝表面有锈,油脂,湿气或脏物;母材中的杂质,如钢中的S含量过高。

　　3、裂纹

　　对焊接接头质量影响最大的是裂纹,裂纹的产生一般由于不适当的焊接工艺选择、焊接人员的焊工技术或使用的焊接材料质量不达标等造成。按照裂纹发生的时间可划分为冷裂纹与热裂纹两种，这些裂纹可以垂直或平行于焊缝。横向裂纹垂直于焊缝轴线，是纵向收缩应力作用所引起的;纵向裂纹常常发生于高的接头拘束及高的冷却速度条件下，预热往往可以减少这些裂纹的发生。

　　(1)热裂纹

　　热裂纹又称“结晶裂纹”，当焊缝金属凝固时，如果在枝晶间存在富集杂质元素的低熔点相薄膜，在焊接应力的作用下就会产生热裂纹。硫和磷是最易形成低熔点相的元素，它们的作用也会因含炭量的增加而提高。

　　按热裂纹的形态，可分为“纵向裂纹”、“横向裂纹”、“弧坑裂纹”，“热影响区(HAZ)液化裂纹”等。

　　热裂纹发生在凝固温度至Ar3以上温度，其微观特征为沿晶界分布。这类裂纹常常因为母材中含S、P含量过高，也可能因为不适当的收弧方法所致。热裂纹也常常发生在熔深较深的焊缝中(即焊道的深宽比超过1.2)，这在“梨形”焊缝中多有发现。

　　(2)冷裂纹

　　冷裂纹形成于Ar3温度以下，通常在马氏体转变温度区间(约200～300℃以下)有的焊后立即出现，有的经几小时乃至几天后才出现，故亦称延迟裂纹。其微观特征是穿晶断裂，继续延伸。促成冷裂纹的主要因素有三个方面，即钢种的淬硬倾向、氢的作用和焊接接头的拘束应力。焊前预热，使用干燥的、高纯的保护气体及适当的清理工序都有助于防止这类缺陷的产生。使用药芯焊丝通常比实芯焊丝产生冷裂纹要少，这是因为药芯焊丝气保护焊的线能量高，提供了更多的预热效应，也有助于减少因过快的冷却速度而产生淬硬组织等。冷裂纹可产生在焊缝、热影响区，也可能扩展到母材之中。

　　焊缝中的冷裂纹一般由下述一个或多个因素造成：

　　相比于母材的厚度，焊道的横截面太小;不良的装配，如间隙过大，错边等;

　　高的接头拘束;弧坑裂纹的延伸。

　　4、未熔合和未焊透

　　未熔合发生在焊道之间或焊道与母材之间，通常是因为被焊部位未能完全熔化结合或液态金属流动不充分所造成的。这种缺陷的另一种形式是根据未熔合，即未焊透，其起因可与未熔合相同，也可能是由于电流太小或焊接热输入不够所导致。坡口设计不当，焊接工艺或操作不当等也能导致未焊透。如图4-1。

　　药芯焊丝的熔深比实芯焊丝稍浅，且焊丝熔融量大，熔融金属容易流淌到电弧前面，因此，当操作不当时，药芯焊丝容易形成未熔合或未焊透缺陷。当采用摆动焊接工艺时，若两侧停留时间不足，容易产生未熔合。在多层焊时，也常常容易出现未熔合，尤其是当上一道焊道过分突起时。因此，如果上一道焊道过分突起，则必须用砂轮打磨或在突起外减慢焊速，适当增加在焊道两侧的停留时间，以便充分熔化。

　　产生未熔合的原因，可能有下面几种：

　　焊接规范不合适，电流太小或电弧电压太高，使电弧吹力过小，熔深不够;

　　运条速度不当，过快则易使熔融金属跟不上，过慢则易使熔融金属往前淌，减小熔深;

　　焊炬角度不合适，焊丝未对准，不能保证充分熔透;

　　坡口宽，摆动弧度过大，两侧停留时间不够;

　　坡口角度狭小，不能充分熔透;

　　坡口内焊道突起过高，尤其是坡口底部的焊道。

　　5、咬边和焊瘤

　　当焊接条件选择不当，或操作手法不合适，就可能造成咬边或焊瘤。一般来讲，焊接速度过快，容易产生咬边。当焊接速度过慢，容易产生焊瘤。

　　这种缺陷的防止，要调整焊接电流和焊接速度，在平角焊时，喷嘴角度及焊丝对准的位置很重要。

　　(1) 咬边可以由下述一个或多个因素造成：

　　电流过大，焊速过快，电弧电压过高;

　　焊炬角度、焊丝对准位置不当;

　　送丝不稳定，运条不规则;

　　接头处间隙有变化;

　　因磁偏吹而使电弧不稳。

　　(2) 焊瘤产生的原因包括：

　　电流过大，焊速过慢，电弧电压过低;

　　焊炬角度、焊丝对准位置不当;

　　钢材表面有厚的锈层;

　　单面焊双面成形焊道时背面焊道成形不好，钢板、衬板材料的沟部形状不好，不够致密，

　　中心偏移;

　　变更保护气体组成;

　　使用药芯焊丝。

　　二、焊接缺陷预防措施

　　根据工程施工过程中的具体情况，结合多年的施工管理经验，我公司在焊接工艺评定的基础上制订了多项控制措施，防止焊接缺陷的产生，以保证管道焊接工程质量。

　　1、夹渣采用下面措施可以避免：

　　仔细清理前一焊道的熔渣，特别是沿焊道的两侧;

　　采用均匀的运条速度;

　　增加焊炬的倾斜角，避免熔渣流到电弧前面;

　　使用较窄的摆幅;

　　提高运条速度，以便使电弧位于熔池的前面;

　　提高电流设定值。

　　2、可采用下列相应措施,以消除气孔的产生：

　　增加保护气体流量,在无风时,流量为20-25L/Min;

　　采取防风措施,防止穿堂风.在室外焊接,气体保护焊时当风速超过2m/s 时,要设置防风措施;

　　增加去除气体中湿气的装置，及保证气体纯度;

　　调整至合适的焊接电流或电弧电压,或调整送丝速度;

　　缩短干身长度或调整焊炬角度,清理喷嘴内附着的飞溅物,改善气体保护;

　　减慢运条速度;

　　清理母材或焊丝表面。

　　3、热裂纹可由下列措施加以避免或减少到最少程度：

　　采取预热，以降低收缩应力;

　　使用清洁的或未被污染的保护气体;

　　增加焊道的横截面;

　　调节焊接规范，更改焊道的外形轮廓，即控制焊道的深宽比不超过1.2;

　　采用杂质元素含量很低的母材;

　　使用含Mn量高的焊丝，提高焊丝的Mn/S之比。

　　弧坑裂纹是深度很浅的热裂纹，他们往往是因不适当的收弧方法所引起。为了避免弧坑裂纹，可以采取返回移动焊丝，或在断弧前停止运条，将电弧间断停止几次，使弧坑填满。

　　4、避免焊缝中冷裂纹的最好方法是：

　　要选用合适的焊接线能量，增加焊道的横截面尺寸;

　　降低间隙宽度;

　　预热，必要时可采用后热或缓冷措施，以降低冷却速度;

　　填满弧坑;

　　选用扩散氢含量少的焊丝及按焊条说明书要求烘干焊条;

　　避免强力组对焊口。

　　5、未融合、未焊透相应的防止方法是：

　　选择合适的电流、电压及焊接速度，以保证有足够的熔深;

　　焊炬要尽量垂直坡口面，焊丝要对准前层焊道的缝边;

　　不要摆动过宽，在两侧要充分停留;

　　调整坡口角度，钝边大小、根部间隙;

　　用砂轮等工具打磨掉焊道过高凸起部分。

　　6、咬边的防止方法有：

　　减小电流、放慢速度、电压适当调低;

　　调整焊炬角度、焊丝对准至合适位置;

　　适当增加送丝滚轮的压力，是送丝畅通;

　　局部位置焊接时在降低焊接速度的同时适当摆动;

　　变更底线位置。

　　7、焊瘤的防止方法有：

　　减低电流、提高焊速、适当提高电压;

　　焊丝对准调整至合适位置;

　　用砂轮等将焊接部位附近清理干净，

　　单面焊双面成形焊道时检查焊丝对准位置及接头装配质量，钢板、衬垫材料的沟部形式

　　调整，适当调整钢板、衬垫材料的中心位置。

　　8、检查检验

　　此外，施工前的检查及施工过程中的检验也是保证焊接工程质量的重要手段。

　　(1)施工前的要求

　　焊缝施焊前，应确认焊接环境和焊接条件是否满足要求，焊接过程严格控制焊接线能量和焊接顺序。焊接完毕及时进行清理，并进行焊缝外观检查。

　　焊工按上述要求完成焊缝的焊接并检查合格后，及时填写焊接施工记录，并在焊缝一侧50mm处标清管线号、焊口号、焊工代号及焊接日期。

　　焊接技术人员或其他责任人员要及时做好各种施工记录及其它资料。

　　施工前对参加施工人员进行详细的技术交底。

　　(2)施工过程中的检验

　　施工过程严格执行工序交接活动，严格进行“自检、互检、专检”相结合制度，确保施工质量。

　　每名焊工焊接的对接焊焊接接头射线检测百分率按设计要求进行。在被检测的焊接接头中，固定焊的焊接接头不得少于检测数量的40%，且不少于1个焊接接头,射线检测百分率原则如下：

　　A、按设计文件给出的同管道级别、同检测比例、同材料类别的管线编号计算;

　　B、当管道公称直径小于500mm时，按焊接接头数量计算;

　　C、当管道公称直径等于或大于500mm，按每个焊接接头的焊缝长度计算。

　　抽样检测的焊接接头宜覆盖现场不同管径的管道，检测位置应由质量检查员根据焊工和现场的情况随机确定。应采用磁粉检测或渗透检测方法检查焊缝的表面质量，检测百分率按对接焊焊接接头射线检测百分率规定或设计要求。

　　进行焊接接头抽样检验，若有不合格时，应按该焊工的不合格数加倍检验，若仍有不合格，则应全部检验。不合格的焊缝同一部位的返修次数，非合金钢管道不得超过3次，其余钢种管道不得超过两次。

　　通过对焊接质量的控制，保证了工程质量，得到了业主的好评。质量是企业的生命，工程质量的好坏不仅关系到施工企业的信誉，同时，也关系着人民群众的生命财产安全，特种设备安装工程的质量好坏还直接影响到社会的稳定，面对激烈竞争的建筑市场，只有提高企业精品意识，才能在市场中占有一席之地，“质量兴业”是企业的必由之路。

　　参考文献：

　　1.《建设工程项目管理规范实施手册》 第二版 2006.1

　　2.《施工技术》 2011.8

《热力管网管道焊接缺陷的预防措施》

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