煉化裝置安裝和檢修中焊接氣孔產生的原因及處理方法

楊永磊，段 強

（格爾木煉油廠 機修車間，青海 格爾木816000）

煉化裝置安裝和檢修中焊接氣孔產生的原因及處理方法

楊永磊，段 強

（格爾木煉油廠 機修車間，青海 格爾木816000）

對煉油化工裝置安裝和檢修過程中，采用氬電聯焊焊接新舊材質時產生氣孔的原因進行了分析，指出母材雜質超標、工器具部件老化、環境空氣潮濕且流動大、操作不當等因素是導致焊接氣孔產生的根本原因。同時對導致氣孔的影響因素進行了詳細分析，提出了對應預防及處理措施，即減少母材雜質進入熔合區域、作業之前檢查維護工器具及規范操作等。這些措施經某煉油廠現場施工論證，一次合格率保持在97.5%以上。

煉油化工裝置；Cr-Mo鋼管；焊接；氬電聯焊；利舊材質處理；氣孔；低氫操作

氣孔是焊接中最常見、最難控制，且嚴重時可能引起泄漏的焊接缺陷之一，也是影響焊接合格率和使用性能的重要因素。導致氣孔產生的因素很多，主要有母材雜質超標、工器具部件老化、環境空氣潮濕、空氣流動大、氬氣不純、焊材受潮以及操作不當等。尤其煉油化工裝置容器和管道儲存輸送容器中，其介質性質非常復雜，經過長期高溫連續運行，有害雜質逐漸滲入金屬內部，導致焊接缺陷頻繁出現。特別是在安裝、檢維修過程中經常會在高空進行焊接作業，防風設備設置難度大，每個部位的焊接量小于地面預制的焊接工作量，管理及操作人員很容易疏忽大意。高空焊接作業輸送保護氣體的皮管長且置換慢，焊工操作時不能準確判斷置換情況，同樣會出現大量的氣孔。為了防止這些氣孔的產生，除了參考標準外，還要對現場的實際情況進行分析，并且根據不同的作業環境，針對焊接氣孔提供有效的預防及處理方法。

1 氣孔產生原因

1.1 母材雜質超標或待熔合區有嚴重缺陷

煉油化工裝置安裝及檢維修過程中，總有利舊設備或管道要進行技術改造，有的全部利舊，有的是新舊結合使用。利舊材質大部分都是儲存輸送過高溫高壓特種介質，而且介質性質非常復雜，均含有大量的S，P，H2和N2等有害雜質，經過長期的連續運行，有害雜質逐漸滲入母材，導致母材局部雜質超標。再者，目前安裝、檢修的整個市場各種管件需求量很大，各項目工期緊，材料要的急，廠家生產量大、時間短，所以為現場提供的個別管件待熔合區總有氣孔、凹坑等缺陷，油、銹、漆等雜質容易滯留在缺陷內。滲入有害雜質的利舊材料和帶有缺陷的管件，對接前打磨不徹底，未做著色檢測，待焊接電弧熔合后部分雜質進入熔池就會形成區域偏析。隨著熔池的冷卻，二次結晶開始，雜質濃度隨之變化，產生周期性的偏析也稱為層狀偏析，從而集中了有害元素。又因氬電聯焊熔池小、冷卻速度快，這些有害元素來不及溢出，殘留在金屬中最終形成氣孔。

1.2 工器具部件老化

1.2.1 電焊機老化

電焊機是焊接行業最關鍵的設備，是焊接熱源的重要來源，且使用率高，移動頻繁，疏于保養容易導致快速老化。在安裝檢修現場，最為常見的老化破損部件就是焊接電流、起弧電流、推力電流等調節旋鈕以及輸出電纜的快速接口。這些部件不僅調節和拆卸頻繁，還很容易被碰壞，使其不易調節或調節不靈敏，嚴重影響使用和操作，影響焊接質量。

（1）起弧電流調節旋鈕損壞。起弧電流調節旋鈕控制起弧瞬間的焊接電流，這一電流的選擇同樣要根據焊條的直徑、材質以及工件的厚度而定，否則接頭處就會產生氣孔、夾渣、未熔合和燒穿等缺陷，所以起弧電流調節旋鈕損壞或老化就會嚴重影響焊接質量。如果起弧電流太小，起弧瞬間的溫度低，藥皮來不及完全熔化，只有金屬熔滴向焊縫過渡，會使空氣進入產生蜂窩狀氣孔，待起弧以后這些氣孔熔入熔池，熔池凝固過程有害氣體來不及溢出，殘留在焊縫中形成更多的氣孔，影響質量；如果起弧電流太大，起弧溫度高，形成的第一個熔池體積遠遠大于正式焊接的熔池體積，正式焊接電流又遠遠小于起弧電流時，藥皮過渡量很小，不能滿足第一個熔池的保護需求，使空氣進入產生大量氣孔殘留在焊縫。工件厚度小于2 mm時還會燒穿。

（2）推力電流調節旋鈕損壞。推力電流是焊接時使鐵水穩定過渡、不易粘條、防止飛濺而設計的，所以其旋鈕損壞或老化使推力電流不易調節，焊接過程就會頻繁粘條或產生大量飛濺，尤其使用藥皮較軟、藥皮套管較短的堿性焊條。推力電流過小，操作稍有不穩就會粘條，粘條后必須打磨，否則就會有大量的氣孔殘留在焊縫中；推力電流過大，飛濺大還沒有藥皮保護，全部粘結在坡口邊緣，空氣進入產生氣孔，如不清理繼續焊接，同樣會熔入焊縫形成氣孔。

1.2.2 二次電路部件和氣路部件輕度破損

焊接二次電路部件和氣路部件主要用于傳導電流和輸送氬氣，只有嚴重損壞時焊工才會進行更換，輕度破損的情況下焊工勉強使用，也會造成焊接缺陷。

（1）焊接二次電路部件損壞。焊接二次電路是電焊機向工件傳送電流的唯一路線，也是焊接必備的。該路線任何部件損壞都會導致導電不暢，使焊接電流忽大忽小，焊接電弧忽長忽短，空氣進入熔池產生氣孔；嚴重時突然熄弧，導致來不及填滿弧坑產生縮孔或弧坑裂紋。尤其電焊鉗、焊接電纜、快速接頭都是安裝檢修現場破損最為頻繁的部件，也經常有焊工使用這些破損部件進行施焊，但是由于沒有引起人們的重視，從而影響焊接質量。

（2）氣路含有水、空氣或部件損壞。氣路含有水、空氣是氬電聯焊產生氣孔的主要原因之一。氬氣生產廠家在充裝氬氣之前，氣瓶沒有沖洗，內部存在大量殘液或空氣；皮管出廠前進行水壓試驗時沒有徹底吹掃風干，使用前沒有置換，導致氬氣水分超標，純度降低，施焊時進入熔池使其產生大量的氣孔，有的位于表面，有的位于焊縫內部，嚴重影響焊接質量。

減壓器長期使用，沒有及時維護清理，導致堵塞氣體流量，不能滿足焊接熔池的保護需求，使空氣進入熔池產生氣孔；或者是減壓器直流流量過大，噴嘴端部形成渦流，卷著大量的空氣對熔池進行保護，從而產生氣孔。

1.3 環境空氣潮濕且流動大

焊接作業所處的環境潮濕，會導致母材中水分超標、焊條受潮、焊絲生銹。焊前母材不預熱，焊條未烘干，焊絲未除銹，焊接時在高溫作用下，其水分就會分解出大量的氫氣熔入熔池，產生典型的氫氣孔，嚴重影響焊接質量。

焊接是利用高溫熱源將母材和填充材料熔化、從高溫冷卻到常溫、金屬由液態向固態慢慢轉變的結晶過程。在這一過程中液態金屬和液態藥皮沒有任何強度、塑性和韌性，尤其高空作業時風速都在2m/s以上，按標準氬弧焊必須防風，但是由于高空防風設施設置難度大，焊接量小于地面預制的焊接工作量，作業時間短，管理人員和作業人員往往會疏忽大意，在沒有防風措施的情況下施焊，使流動的空氣侵入液態熔池，產生氣孔。

1.4 操作不當

（1） 管、鉚工是焊工主要的配合工種，工件打磨不到位、坡口角度不夠、鈍邊及間隙不均勻，都是影響焊接質量的關鍵因素。尤其工件打磨清理及烘干與焊接氣孔有著密切的關系。如果打磨后仍然有油、漆、銹等雜質殘留在工件表面，工件潮濕，焊接時產生的氫氣就會熔入熔池形成氣孔。

（2）焊工的操作尤為重要，工器具檢查、引弧和收弧操作、焊條及焊槍角度、氣孔判斷能力，都密切關系著氣孔出現的幾率。工器具是施工的根本，各部件功能都關系到施工質量、進度和安全，焊接更不例外。但是，這一程序往往會被忽略，在作業之前焊工對相關的工器具不做檢查，不了解工器具性能，電路和氣路不做檢查，有問題不能及時修復或更換，會導致焊接操作時電流衰減、電弧熄滅頻繁或保護氣體流量不足。氣路不置換還會導致保護氣體純度降低。引弧和收弧都是焊接操作關鍵步驟，也是易出氣孔的關鍵操作點，如果焊工技能欠缺，缺乏操作經驗，習慣性非規范引弧和收弧，焊條角度不正確，周圍空氣不斷侵入熔池保護不良。尤其焊接利舊材質，焊工對產生氣孔的熔池狀態沒有判斷能力，除了引弧和收弧部位容易出現氣孔以外，母材雜質超標的熔合區域同樣會出現大量氣孔且不能及時清理，殘留在焊縫中影響焊接質量。有些焊工接頭或清根時用切割片打磨會形成窄而深的溝槽，使電弧不能完全熔入而形成氣孔。

2 氣孔防范與控制措施

2.1 減少母材雜質進入熔合區域

不論是新管件還是利舊材料，在對接之前認真打磨清理坡口及兩側各20mm左右內外表面油、漆、銹等有害雜質，使其露出金屬光澤，且沒有明顯坑點，然后進行著色檢測，檢測發現可疑缺陷后，打磨繼續檢測，直到完全合格為止。對于長期連續儲存或輸送高溫特種介質的煉油化工裝置，以及可能滲入有害雜質的容器和管道，再次焊接之前，坡口及邊緣檢測合格后，根據儲存或輸送介質中的有害雜質特性，將坡口兩側各200mm內加熱到250～650℃，保溫1～2 h后，在空氣中冷卻到室溫，部分有害雜質會慢慢溢出，性能有所還原，可以有效防止氣孔的產生。再者，利舊材料焊接要選派技術好、責任心強、經驗豐富的焊工先對坡口面進行大熔深的熔焊試驗，檢驗母材滲入的有害雜質對焊接的影響和氣孔產生的幾率。優秀焊工操作時注意力集中，對熔池狀態判斷能力強，如有嚴重火花、氣泡或其他異常現象會立即停止施焊，對其進行徹底清理，可以避免氣孔的殘留。

2.2 作業之前檢查、維護工器具

（1）焊條電弧焊焊接作業之前需檢查電焊機，以保證其正常啟動和運轉；焊接電流、起弧電流、推力電流等旋鈕必須調節靈活，可以在焊機允許的范圍內隨意調節電流；輸出電纜的快速接口保證完好，電纜連接以后接觸良好不得松動；焊接電纜中間接頭不得超過兩處，且連接牢固不得嚴重氧化，外面要有良好的絕緣層；電焊鉗和地線夾完好，能與焊接電纜牢固連接且導電良好，能牢固地夾持焊條和連接工件。

（2）氬弧焊施焊前檢查減壓器外觀是否完好且不得堵塞，保證流量可以根據需求調節；皮管及焊槍內不得有油和水等雜物，使用前用凈化風吹掃風干；為了保證氣瓶內氬氣的純度，在減壓器和皮管之間安裝焊接氬氣隨機凈化器，對氬氣進一步過濾凈化。氣路聯通后，用再次凈化后的氬氣置換皮管和焊槍，并且進行試焊來檢驗氬氣的純度。試焊時觀察熔池，保證沒有嚴重的火花和氣泡，鎢極端部呈銀白色時才可以正式施焊。

2.3 規范操作

（1）作業環境空氣潮濕、流動性大，對焊接有著極大的影響，必須做出相應的防范措施?？諝獬睗裰饕悄覆乃殖瑯?、焊條受潮或焊絲生銹。為了降低母材中水分含量，除了需要焊前預熱的材質以外，其余材料坡口打磨檢測合格以后，在坡口兩側200 mm范圍內加熱烘干，溫度和恒溫時間根據材料的成分和性質而定，溫度一般為100～250℃，恒溫時間為0.5～2 h為宜。焊條要嚴格按要求烘干，碳鋼焊條或低合金鋼焊條烘干溫度350～400℃，烘干時間2 h；不銹鋼焊條烘干溫度200～250℃，烘干時間1 h。 已烘干的焊條放入50～100℃的低溫保溫箱存放，隨領隨??；從庫房領出的焊條放入保溫桶，現場作業時隨用隨?。划斕祛I取的焊材未用完時，不允許露天存放，應該在低溫箱中恒溫存放，否則次日使用前必須重新烘干。焊絲盡量使用包裹銅皮且含有Si和Mn等脫氧元素的焊絲，如果焊絲生銹又必須使用時，必須打磨干凈方可使用。露天作業加強防風，必須做到一個工位配備一個材質為防火毯的防風棚，高空管道作業配備騎坐式防風棚，便于固定；設備作業要做整體防風措施；管道兩端管口必須封堵，預防穿堂風，避免下雨天露天作業。

（2）任何缺陷的產生都和焊工操作密切相關，氣孔不論什么原因都是在操作過程中產生的。所以焊工要不斷總結操作經驗，提高對熔池狀態的判斷能力，熔池如出現嚴重火花、氣泡等異常現象應立刻停止，徹底清除異常后方可再次引弧焊接。引弧采用擦劃法，從距起焊點或接頭處20 mm左右的待焊部位引燃后緩慢壓低并拉到起焊點，這樣可以預防長弧預熱空氣侵入熔池，也可以保證起弧或接頭的預熱溫度。起弧要穩定，正確控制焊條、焊槍與工件的角度，保證送進、前移、擺動過程中弧長均勻，避免長弧焊接。收弧時要采用回焊或劃圈收弧，避免反復斷弧、收弧，嚴重粘條出現氣孔；氬弧焊收弧填滿弧坑后慢慢抬起電弧保證熔池完全凝固或將最終收弧點引出焊道至坡口面。焊接過程中如果出現偏弧現象應立即更換焊條，如果更換焊條后仍然偏弧，應改變接地線的連接方向，并對接頭打磨清理后繼續施焊。

3 結語

筆者對多年來煉油化工裝置焊接質量管理及操作過程中遇到的氣孔產生原因進行了分析總結，并針對不同影響因素提出了對應預防及處理措施，這些措施經過多次應用取得了良好的效果。例如，2013年某煉油廠重整加氫裝置安裝時，都是搬遷的利舊設備和管道，部分輸送過550℃左右高溫加氫汽油，管道為1Cr5Mo馬氏體耐熱鋼管，焊接難度極大，氣孔產生幾率很高，參考筆者提供的預防及處理措施進行管理和操作后，最終一次合格率保持在97.5%以上。這就證實了煉油化工裝置安裝、檢修焊接管理及操作不但要嚴格執行相關標準，還要不斷總結改進，針對現場實際情況提供有力的預防和處理方案，才能不斷提高焊接質量。

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Welding Porosity Occurrence Reason and Processing in Refining Device Installation and Maintenance

YANG Yonglei，DUAN Qiang
（Golmud Refinery Machine Repair Shop,Golmud 816000,Qinghai,China）

In this article,in view of the porosity occurred in petroleum refining device installation and maintenance by using argon-electric combined welding technology to weld new and old material,it analyzed the causes.It pointed the primary reasons caused welding porosity,including base metal impurities exceeding standard,tool components ageing,environment air humid and flow,improper operation etc.Meanwhile,it detailedly analyzed the above influence factors,and put forward the corresponding prevention and treatment measures,such as check and maintence instruments before operation,standardization operation etc.These measures were validated by site operation in some oil refinery,a qualified rate kept more than 97.5%.

petroleum refining and petrochemical device;Cr-Mo steel pipe;welding;argon-electric combined welding;utilization and processing of old material;porosity;low hydrogen operation

TG441.7

B

1001－3938（2015）10-0057-04

楊永磊（1975—），格爾木煉油廠焊接高級技師，主要從事焊接管理及設備維修工作。

2015-01-15

張 歌