高溫高濕地區長輸管道半自動焊氣孔缺陷產生原因及控制方法

孫旭輝，馮成功，張自力，劉彥輝

（1.中國石油天然氣管道局東南亞項目經理部 泰國分公司，河北 廊坊065000；2.中國石油天然氣管道科學研究院，河北 廊坊065000）

高溫高濕地區長輸管道半自動焊氣孔缺陷產生原因及控制方法

孫旭輝1,2，馮成功1，張自力1，劉彥輝1

（1.中國石油天然氣管道局東南亞項目經理部 泰國分公司，河北 廊坊065000；2.中國石油天然氣管道科學研究院，河北 廊坊065000）

氣孔缺陷是長輸管道半自動焊接方法中出現頻率最高的一種缺陷，尤其是在熱帶高溫高濕的環境中，氣孔缺陷更是難以有效控制。為了研究高溫高濕地區長輸管道半自動焊氣孔缺陷產生的原因及控制方法，結合多年的生產管理經驗，從背景描述、氣孔缺陷特點、產生的原因以及氣孔缺陷的控制方法等幾個方面進行了總結分析。事實證明通過實施有效的預防措施，可以明顯控制并減少高溫高濕地區長輸管道半自動焊氣孔缺陷的產生。

焊接；長輸管道；藥芯焊絲半自動焊接；焊接缺陷；氣孔

1 概 述

近年來，隨著東南亞國家長輸管道市場的不斷開發，中國石油天然氣集團公司管道局（以下簡稱中石油管道局）在東南亞國家總承包的長輸管道項目越來越多，這些項目均為純粹的市場化項目，項目質量管理水平的高低直接影響著東南亞后續市場的開發，甚至影響著中國工程公司的國際形象。對于長輸管道項目，焊接合格率的高低，直接反映出了項目的質量管理水平。

中石油管道局曾負責建設的兩個東南亞長輸管道項目，所在地域均屬于高溫高濕的熱帶季風氣候，終年炎熱，雨季漫長，這樣的氣候條件非常不利于焊接作業，這不僅是對焊工技術水平的考驗，同時也是對焊接質量管理工作的極大挑戰。兩個項目的管材、管徑、焊接方法均相同，采用API SPEC 5L X65的管材、Φ711 mm（28 in）的管徑、手工焊打底+自保護藥芯焊絲半自動焊填蓋的焊接方法。兩個項目的焊接合格率都經歷了從剛開始的不穩定，到后來逐漸趨于穩定的過程，焊接缺陷的種類也近似，其中氣孔缺陷均占到全部缺陷的80%以上，而且幾乎所有的氣孔缺陷均出現于自保護藥芯焊絲半自動焊的焊縫中，因此可將項目的焊接質量管理歸結為自保護藥芯焊絲氣孔缺陷的防控管理。

2 氣孔缺陷特點

通過對兩個項目中焊縫氣孔缺陷類型和位置的統計分析，發現有以下共同點。

（1）缺陷形態。單個的大氣孔不常出現，而多數是由微小氣孔組成的成束狀的密集氣孔或者是散布氣孔。

（2）缺陷位置。氣孔缺陷大多數集中于斜仰臉和仰臉位置（4點位至8點位）。

3 氣孔缺陷產生的原因

在長輸管道焊接缺陷中，氣孔缺陷產生的原因最為復雜，也最為難以控制。經研究發現，氣孔缺陷產生的原因主要有焊絲、設備、焊道溫度過高、環境濕度過大和焊工責任心不強等。

3.1 焊絲自身因素

自保護藥芯焊絲焊接的保護機制包括焊絲自身的造氣保護，造渣保護及合金元素保護[1]。如果焊絲由于自身質量原因，而降低了應有的保護作用，則必然會大大增加焊縫對氣孔的敏感性。

盡管目前知名品牌的藥芯焊絲問題率并不高，但是一旦發生問題，則會對焊接生產造成極大的影響。因為當氣孔缺陷出現時，通常會首先從焊工、焊接參數、焊接設備、焊接環境等方面查找原因，在這些因素全部排除之后，才會將注意力投向焊絲，且調查過程需要較長的時間，這期間還會有大量的氣孔缺陷產生，造成焊接合格率的大幅下降。

3.2 設備因素

由于頻繁的設備搬遷，缺乏日常保養，加之施工現場環境惡劣，尤其是在高溫高濕的環境中，焊接設備極易出現老化、腐蝕等問題，這些問題直接影響了焊接參數的穩定性[2]，從而增加了氣孔缺陷概率。常見的設備問題主要表現在以下三個方面。

（1）焊把線或者地線過細，不僅造成壓降過大，而且長時間焊接作業會造成線纜過熱，從而造成焊接參數不穩定。某項目剛開工時，氣孔缺陷造成的返修率居高不下，通過大量分析，最終認為是線纜過細造成，立即更換了直徑更粗的線纜，此后氣孔缺陷率得到有效控制。

（2）高溫高濕的環境使得焊接設備元器件出現老化、腐蝕等，從而造成焊接參數不穩定。

（3）由于頻繁調運，焊機或送絲機的接線柱松動，或者線纜存在斷絲的情況，線纜與設備間接觸不良，從而造成焊接參數不穩定。

3.3 焊道溫度過高

為了避免產生氫致裂紋，焊道溫度即預熱溫度和層間溫度都會規定一個最小值，但是焊道溫度也不能過高，通常不應超過250℃，否則會大大增加氣孔缺陷產生的概率。

其原因在于如果焊道溫度過高，會增加坡口范圍內母材的氧化率，增加焊接熔池的含氧量，從而增加熔池CO氣體量，最終增加氣孔缺陷出現的概率[3]?，F場焊接過程中，造成焊道溫度過高的情況主要有以下兩個方面。

（1）預熱溫度過高。預熱對于焊縫的質量起著關鍵的作用，焊接作業的重要控制點之一即為禁止預熱溫度不夠，但這并不意味著預熱溫度越高越好。如果預熱溫度過高，尤其是在高溫的環境中，不僅會增加焊工的操作難度，造成燙傷等，而且易造成焊道溫度過高[4]。

（2）連續焊接時層間溫度過高。在山區、沼澤地段或連頭點，通常由2名焊工負責 “包口”焊接，即由2名焊工連續地完成根焊、熱焊、填充及蓋面焊工作，由于連續焊接時層間間隔時間較短，易造成焊道層間溫度過高。

3.4 環境濕度過高

環境濕度對于焊縫氣孔敏感性的影響主要是通過增加母材水氣含量、增加焊絲水氣含量和增加焊接區被水氣侵入幾率三種方式實現的[5]。

（1）在高濕的環境中，母材金屬會含有大量的水汽，這些水汽會在預熱過程中被清除，但是如果清除不徹底，則會大大增加氣孔缺陷。

（2）在高濕的環境中，如果保護不當造成焊絲受潮，尤其是焊絲的藥芯受潮，則也會大大增加氣孔缺陷。

（3）在高濕的環境中，如果焊接過程中保護不當或者焊接參數不當，造成水汽侵入焊接區，則會大大增加氣孔缺陷。

3.5 焊工自身因素

目前自保護藥芯焊絲半自動焊接方法在長輸管道施工中應用已經相當的廣泛和成熟[6]，外加自保護藥芯焊絲良好的操作性能，一個熟練的管道焊工，完全可以最大限度的降低由于自身技術因素而引起氣孔缺陷的概率。造成氣孔缺陷的焊工自身因素包括以下兩方面[7]。

（1）情感方面。長時間重復單調的焊接作業，尤其是在高溫高濕的惡劣環境中，極易造成焊工情感的麻木，從而降低焊工對于焊接過程中氣孔缺陷的感知能力，以致氣孔缺陷最終留在焊縫中。

（2）責任心方面。在實際的生產過程中，有些焊工會為了追求更多的焊口數量，而故意違反焊接規程或者故意采取不利的焊接方式，從而會大大增加氣孔缺陷。譬如焊工焊接時故意過度增加擺動幅度，降低焊接速度，增大焊道厚度；焊接時為了省時間而不對焊縫接頭-起弧位置進行打磨；沒有按照要求對相鄰焊道進行錯開起弧等等。

4 氣孔缺陷控制方法

4.1 嚴密關注新批號焊絲的質量

由于焊絲自身的質量問題而引起大量氣孔缺陷的情況多發生在剛開工的時期和更換新批號焊絲的時期，所以為了避免出現問題，施工過程中應盡量減少使用不同批號焊絲的情況[8]。在不可避免的情況下，焊接質量管理人員應嚴密關注新批號焊絲的質量，做到以下兩點。

（1）采用新批號焊絲之前，最好可以提前安排焊工使用新焊絲焊接完成一道或數道實驗口。并在焊接過程中加強和焊工的溝通，了解焊絲是否存在異常情況。最后通過射線檢測來判斷實驗焊口的氣孔數量相較之前是否有明顯增多。待驗證新批號焊絲沒有異常和問題之后，方可大量使用。

（2）在日常的焊接生產過程中，機組QC應準確記錄使用焊絲的批號和其他相關信息，以保證焊絲信息的可追蹤性，便于質量問題的分析[9]。

4.2 加強設備的保養和檢修

焊接設備出現問題直接表現為影響焊接參數的穩定性，所以一旦設備出現問題，應立即停止焊接，對設備進行徹底的檢修，待問題完全解決之后方可繼續焊接作業。

而在實際的生產中，焊工或者機組為了不影響當天的生產計劃，在發現問題之后，往往會進行相對簡單的處理，甚至會在完全不處理的情況下繼續焊接，最終造成當天氣孔缺陷的集中爆發。

另外，應將設備檢查作為每天焊接生產前和每次設備搬遷后必做的一項工作，其直接責任人為機組QC。QC應重點檢查設備的各接線柱是否存在松動，檢查各條線纜是否存在斷線的情況，發現問題要及時處理，并對檢查和處理結果做好記錄。

4.3 采用更優的焊接方式

在焊接生產中，能夠降低氣孔缺陷出現概率的焊接方式和方法有以下四種[10]。

（1）薄層多道焊。薄層多道焊即為減小每層焊道的厚度，增加焊接遍數。大量實驗證明，此焊接方式不僅可以大大降低氣孔缺陷出現的概率，而且可以降低焊接熱輸入，從而提高焊接接頭的力學性能。

（2）對稱施焊。焊口兩側焊工對稱施焊，避免由于熱輸入集中而造成斜仰臉和仰臉位置焊道溫度過高。

（3）相鄰焊道的起弧點應錯開至少5 cm。由于自保護藥芯焊絲焊接過程沒有外加氣體保護，所以在起弧位置非常容易出現氣孔，起弧點錯開可以有效避免氣孔累積超標。另外應要求焊工對于接頭進行打磨處理，盡可能避免氣孔留在焊道中。

（4）盡可能的避免對蓋面焊道的短道修補焊。統計發現短道修補焊的焊道中存在氣孔的概率非常高，所以應盡量避免短道修補焊，如果必須要對蓋面焊道就行修補，則盡量采用起弧后直拉的焊接方式，并在焊接完成后對起弧的位置進行徹底打磨。

4.4 排除環境因素影響

（1）雨天或者空氣濕度大于90%的情況下，應當停止焊接作業。

（2）焊接前務必要通過預熱的方式將管口附近區域的水氣徹底清除。

（3）做好焊絲的防潮措施，隔夜焊絲使用之前，必須仔細檢查焊絲表面是否存在銹跡，嚴禁使用帶有銹跡的焊絲進行焊接作業。

4.5 保證焊工良好的精神狀態

（1）保證焊工擁有穩定的待遇和豐富業余生活。

（2）保證工作環境條件良好。

（3）制定合理的施工進度計劃，嚴禁犧牲質量換進度的做法。

4.6 保證無損檢測的及時性

無損檢測的及時性，對于問題的及時發現至關重要。通常要求當天的焊口必須最晚第二天完成無損檢測，并且獲得檢測結果。如果氣孔缺陷異常出現時，應立即查找原因，并采取預防措施，在證明措施有效前，應放緩生產進度，避免大量返修。

5 結 語

氣孔缺陷是長輸管道半自動焊較難以控制的缺陷，尤其是在高溫高濕的環境下，更是如此，但是如果按照本文給出的控制方法對焊接作業進行管理，氣孔缺陷完全可以得到有效的控制。例如作者管理的一個長輸管道項目，在剛開工的兩個月時間里，由于處于調整的過程，焊接合格率一直維持在93%左右，但是通過不斷分析和采取措施，最終使焊接合格率提高到了96%以上。

隨著項目的進展，雖然焊接合格率也會出現起伏，但通過有效預防措施的實施，最終取得了97.5%的高焊接合格率，如此高的焊接合格率使得業主和監理對項目焊接質量管理工作給予了高度的評價，為中石油管道局在東南亞市場的開發打下了堅實的基礎。

[1]吳樹雄，尹士科，李春范.金屬焊接材料手冊[M].北京：化學工業出版社：2008.

[2]隋永莉,王福柱,李廣民,等.長輸管道建設中焊接設備的應用現狀與發展趨勢 [J].電焊機,2006（12）:1-3.

[3]張君彩，劉毅.焊接溫度對焊管焊縫質量的影響[J].焊接,2007（1）:60-60.

[4]達朝炳，高海軍，趙海琨.層間溫度對X60管線鋼焊接質量的影響[J].熱加工工藝,2007（11）:24-26.

[5]孟慶麗，王義，張林琳.油氣管線用X65鋼潮濕環境的焊接工藝[J].焊管,2007,30（5）:39-41.

[6]黃德志.油氣長輸管道焊接技術的發展[J].焊接技術,2007（S2）:12-14.

[7]董廷江，劉照元.淺談長輸管道的焊接質量控制[J].科技資訊,2008（11）:43-44.

[8]齊現偉，陳兆輝.藥芯焊絲自保護焊及其質量影響因素與控制[J].科技資訊,2010（26）:115-115.

[9]李迎祥，張文靜.國際管道項目質量管理工作分析[J].石油天然氣學報,2014（08X）:383-387.

[10]梁君直,曾惠林,閆政.高效焊接與管道施工[C]//高效化焊接國際論壇論文集.[s.l.]:中國機械工程學會年會，2002:28-31.

Stoma Defects Causes and Control Method of Long-distance Transportation Pipeline Semi-automatic Welding Used in High Temperature and High Humidity Region

SUN Xuhui1,2,FENG Chenggong1,ZHANG Zili1,LIU Yanhui1
（1.China Petroleum Pipeline Bureau Southeast Asia Construction Project Management Team,Thailand Branch,Langfang 065000,Hebei,China;2.ChinaPetroleum Natural Gas Pipeline Scientific Research Academy,Langfang 065000,Hebei,China）

Stoma is the most common defect in semi-auto welding process of long-distance transportation pipeline construction,particularly in the environment of high temperature and high moisture.In order to study the long-distance transportation pipeline semi-automatic welding stoma defect causes and control method used in high temperature and high humidity region,combined with years of production management experience,it summarized and analyzed from several aspects,such as background description,the stoma defect characteristics,causes and control methods and son on.The practice proved that implementing effective preventive measures can control long-distance transportation pipeline semi-automatic welding stoma used in high temperature and high humidity region.

welding;long-distance transportation pipeline;flux-cored wire semi-automatic welding;welding defect;stoma

TE973

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.01.013

孫旭輝（1985—），男，回族，河南許昌人，工程師，哈爾濱工業大學焊接碩士，2010年參加工作以來一直從事長輸管道焊接研究和質量管理?，F任泰國那空沙旺天然氣管道項目焊接主管。

2015-05-22

羅 剛