时间：2013-12-31 分类：冶金
摘要:随着我国城市化和城镇化建设步伐的加快,管道焊接技术也得到了迅猛发展.管道工程是与每个居民的生活息息相关的,从煤气管道到暖气管道,从自来水管道到排水管道,管道每时每刻都在服务于人类社会.虽然现在管道焊接技术已经十分发达,但仍然存在着一些缺陷.本文首先介绍了一些工程中常用的管道焊接工艺,然后分析了这些工艺存在的缺陷以及预防和修复措施.
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一、管道焊接的施工要求
(一)管道的切口处应该平整,杜绝毛刺、裂纹、凹凸、重皮、熔渣、缩口、铁屑和氧化物等出现;切口端面倾斜偏差应小于管子外径的1%，而且不能超过3mm;要求坡口加工的，坡口加工的形成要按照焊接方案的规定进行。
(二)预制管道时要按照单线图规定的规格、数量、材质等来选择管道组件，并且要标明管道的系统号和预制的顺序号。
(三)预制管道时，自由段和封闭段要进行合理的选择，封闭段的加工要依据现场测量的尺寸，预制完成后要检查管道内部的洁净度，然后封闭管口，按照合理的顺序堆放。
(四)管道的焊接位置距弯管的弯曲起点应大于管子的外径或者不小于100mm;管子的两个对接焊缝间距不得大于5mm;管子的对接焊缝位置不得和支吊架管部位置重合，焊缝距支吊架边缘应不小于50mm;管子的接口应避开仪表管、疏放水及放空的开孔位置，距离开孔边缘应大于50mm,而且不小于孔径。
(五)管道支架的材质、形式、加工尺寸和精度必须严格按照相关图集来制作，滑动支架的工作面必须灵活平滑，无卡涩现象。
(六)制作好的支架必须进行防腐处理，并进行分类保管。支架生根结构上应采用机械钻孔。
二、几种常见材料的焊接工艺
(一)低碳钢管的焊接工艺
由于低碳钢管的含碳量(低于0.25%)以及合金元素量很低，所以它的焊接性能很好。一般不需要采用特殊工艺就可以获得优质接头。低碳钢塑性好，淬硬的倾向小，低熔共晶体不易形成，而且不易产生裂纹。只有在管壁太厚或者环境温度低时才需要焊前预热措施。
低碳钢管的主要焊接方法有手工电焊、气焊、手工钨极氩弧焊以及二氧化碳气体保护焊等。以下是对低碳钢焊接的要点简单介绍。
1.低碳钢的全位置焊接可采用直流或者交流电源进行，当对焊接质量要求较高时，应采用TIG焊打底，再用电弧焊填充的联合焊接方法。
2.承插口角焊缝和多层焊对接的第一层焊缝以及单道焊缝要避免窄且深的坡口型式,这样可以防止夹渣和未焊透缺陷。
3.为了防止焊缝区气孔的形成造成接头性能下降,应尽量采用短弧焊。
4.在环境低于-10℃时，应采用低H2碱性焊条，还要对焊件进行预热。
5.焊接厚管壁时,适合采用焊前预热以及焊后进行消除应力热处理的方法,焊件预热以及回火温度。
(二)普通低合金钢管的焊接工艺
普通低合金钢管的合金元素总量一般小于3%，普低钢在焊接时，相对于碳钢来说热影响区容易淬硬，接头在焊接应力较大的情况下容易出现裂纹。淬硬倾向是普低钢强度等级降低的主要原因，为了减缓淬硬倾向，工艺参数的选择必须合理，例如减慢焊接速度或增大焊接电流等。
普低钢强度等级的增强，会对H2的敏感性也会增强，当残余应力较大时，出现的裂纹主要是冷裂。当焊接接头的刚度很大时，还可能产生“延迟裂纹”，以后还会发展到焊接及基本金属的纵深。选用正确的焊接材料以及预热层间保温，在焊后及时回火处理可以有效防止这种情况发生。另外，在热循环作用下，焊接接头的性能会发生变化，脆性破坏倾向大大增加，所以裂纹以及脆化是普低钢的主要问题。
焊接普低钢的常用方法有手工电弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊以及等离子弧焊等。目前在施工中，当管壁厚不大于于3mm时，全部采用TiG焊;管壁厚大于3mm时，采用TiG焊打底以及电弧焊过渡和盖面的联合焊接方法。
下面对普低钢焊接要点做一下简单介绍。
1.点固焊时，焊缝的长度在10~20mm之间最好，在正式焊接前把焊缝两端打磨成圆滑过渡状，点固焊用的焊接材料及工艺要和正式焊接一样。
2.对那些焊后要进行热处理的焊缝，焊接规范大些，对敏感性大的管材，焊接参数不能太大，焊接时运条必须稳，采用短弧操作，适当横向摆动，弧坑在收弧后要填满。
3.采用碱性低H2型焊条时，为了避免根部裂纹的产生，单个焊层甚至整个焊缝需连续焊完，多层焊的层间接头要有20mm的错距。
4.根据下表规定，进行普低钢预热、控制层温度及焊后处理。
(5)在热处理前进行焊缝返工，若在热处理后返工，焊缝在返工后应该按照原热处理工艺重新进行。
(三)铬钼耐热钢管的焊接工艺
铬钼耐热钢的合金元素含量不超过9%,在超过500℃时热强性良好,工艺性好而且价格经济,现在使用最多的是CrMoV钢，因为这类钢的硬倾向较大，所以容易产生冷裂纹。又因为碳和合金元素含量大，所以这类刚在焊缝及热影响区容易产生淬硬组织。
以下简单介绍一下铬钼耐热钢的焊接工艺和技术要求。
1.2″以及小于2″配管应采用全TiG焊接;大于2″的配管应采用Ws/D焊接。
2.铬钼耐热钢的焊接一般需预热，定位焊时也要预热，焊接过程中层温要高于预热温度。
3.焊口组进行对点固焊时，采用焊接的材料和工艺应按照正式焊接的要求，如果发现点固焊缝有缺陷应清除后重焊。
4为了防止风淬,焊接时要采取防风措施,要堵死管子的两端,防止出现穿堂风。
5.应尽可能使一道焊缝用一次就焊完,避免间断焊接出现接头开裂的现象.如果必须进行间断焊接,首先应该使焊口保温,再均匀缓慢冷却,再次焊接时需要重新预热。
6.大直径配管焊接时,可以采用两名焊工对称同时进行焊接。
7.为了消除焊接应力以及防止冷裂纹的产生,焊接后需要采取保温措施。
(四)低温配管的焊接工艺
低温钢一般都具有淬硬性小和塑性好的特点,所以它的焊接性能良好,焊接时不容易产生冷裂纹,足够大的断裂韧性是低温用钢应该具有的特性,这可以防止在低温下使用时管道发生脆性断裂。
下面介绍一下低温钢的焊接工艺。
1.焊接线能量要严格控制,防止出现乌氏体和铁素体晶粒粗大的组织.
2.低温钢管道的底层焊接宜采用TiG焊，管内还要充氩气或者氮气作为保护气。
3.每道焊口最好一次连续焊完，如果必须中断,应采取缓冷措施,在此施焊前要对焊缝检查,要确认没有裂纹.
4.焊接时,不许在母材上引弧、收弧以及试电流，避免咬边发生。
5.焊接收弧时要将弧坑填满，弧坑缺陷要用砂轮磨去。
6.禁止强制组对，避免应力集中。
7.快速多道焊的使用可以提高焊缝韧性，焊接坡口的角度要适当增大，增加焊道数目，还要控制层间温度，不得连续施焊，层间温度要小于200℃。
8.尽量使用超低H2焊条，以降低焊缝H2的含量。
9.焊接返工要要个按照焊缝返工工艺的措施进行，焊缝的同一位置返工不应超过两次。
10.Ni9钢需要预热100—150℃;Ni3.5钢需要预热150℃，其他钢种在一般情况下无需预热。
三、管道焊接的缺陷及预防措施
总结多年的管道焊接经验，防止焊接缺陷的产生对于提高管道工程质量起着决定性作用。焊接缺陷产生的主要原因是由于焊接参数和焊接工艺的不适当选择。焊接缺陷可分为内部和外部两类。内部缺陷包括气孔、裂缝、未焊透以及夹渣等;外部缺陷包括表面气孔、表面裂纹、凹坑以及咬边等。
(一)夹渣缺陷及预防
夹渣有单个和条状两类，都是由于外来固体物质残留在焊缝导致的。下列因素是造成夹渣的主要原因：
1.前层焊道清渣不彻底，没清理干净;
2.焊丝角度不适当及运条速度不稳或运条速度太慢，导致熔渣流到电弧之前;
3.电流控制的太低。
以下是应对上述问题的措施：
1.前一焊道的清渣要仔细清理，特别是焊道两侧;
2.增加焊丝倾斜角及提高运条速度并保持速度均匀;
3.提高电流的设定值。
(二)气孔缺陷及预防
气孔是指焊缝中的气体空穴。气孔可以密集分布也可以分散分布，它使焊缝截面受到削弱。气孔可以在焊缝表面和内部，以下图示出气孔、凹坑和气沟：
导致气孔缺陷的原因主要由以下几类：
1.保护气体的流量不够或者过大，还有就是保护气体受潮或含杂质;
2.焊接电流太大或电弧的电压过高;
3.运条的速度太快;造成气体没完全逸出;
4.母材或焊丝的表面有油脂、锈或脏物。
以下是预防措施：
1.控制保护气体流量，在风速大于2m/s时，要采取防风措施;
2.调整合适的焊接电流及电弧电压;
3.减慢运条的速度;
4.注意清理母材和焊丝表面。
(三)裂纹缺陷及预防
裂纹对焊接接头质量影响最大，不适当的焊接工艺、材料和焊接技术是造成裂纹的主要原因。裂纹按照时间顺序又分为冷裂纹和热裂纹。垂直于焊缝轴线的横向裂纹是由于纵向收缩应力所致，而纵向裂纹在冷却速度高的情况下宜发生。
以下是简单介绍预防裂纹产生的措施：
1.焊前预热，降低收缩应力;
2.使用清洁的保护气体;
3.加大焊道的横截面积;
4.采用杂质元素含量低的母材。
(四)未融合和未焊透缺陷
焊接部位不能完全融化或液态金属流动不充分造成未融合缺陷;电流太小或坡口设计不当、操作和焊接工艺不当可以造成未焊透缺陷。(如图所示)
预防这种缺陷的方法如下：
1.电流、电压和焊接速度要合适，保证熔深足够;
2.焊丝对准前层焊道缝边，焊炬尽可能垂直坡口面;
3.在两侧充分停留，摆动不要过宽;
4.调整钝边大小、坡口角度及根部间隙;
5.焊道凸起的部分要用砂轮打掉。
结束语
管道焊接工程是衡量工程建设质量好坏的重要指标之一，很多建筑因为管道的破损不得不提前报废，还有煤气管道的破损所造成煤气爆炸事故也时有发生。作为电焊工技师，我们每一个人在工作时必须要加倍认真，为人们的生命财产负起责任。
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