壓力管道氬弧焊氣孔產生的問題分析及預防措施

李成超* 李 強 張 勇

（泰安市特種設備檢驗研究院）

0 前言

壓力管道是具有較大危險性的特種設備，常用于輸送易燃、易爆、有毒介質，在生產、生活中被廣泛使用，其一旦發生事故會造成較大人員傷亡及重大經濟損失。因此，確保壓力管道安全運行，對于保障人民的生命、財產安全具有重要意義[1]。

氬弧焊是以惰性氣體氬氣作為保護氣體的一種電弧焊方法，焊接時鎢極、熔池、填充焊絲端部、鄰近區域都處在氬氣保護區中，從而提高焊接質量。氬弧焊適用于焊接各種材質的鋼材、有色金屬及合金等，并且適用于焊接各種位置。壓力管道采用氬弧焊焊接方法，可實現焊縫的單面焊雙面成形，保證焊縫根部焊透。因此，近年來在重大壓力管道安裝工程中，尤其輸送易燃、易爆、有毒介質的壓力管道均采用氬弧焊焊接或氬弧焊打底手工蓋面的焊接方法。由于氬弧焊焊接過程對防風要求較高，對水、油污及鐵銹非常敏感，對氣體的純度、坡口清理狀況、焊接工藝等均有嚴格的要求，焊后焊縫中易產生氣孔缺陷。氣孔會降低焊接接頭的機械性能，導致應力集中，造成脆性破壞，影響產品質量。本文闡述了在天然氣管道安裝工程中采用氬弧焊焊接過程，焊后焊縫中產生大量氣孔缺陷，根據氣孔的特點及危害性，結合施焊環境，對氣孔產生的原因進行分析，并根據相應的標準、規范提出對應的預防措施[2]。

1 基本情況

對新安裝的埋地天然氣管道進行安裝安全質量監督檢驗時發現：采用氬弧焊焊接的158 條焊縫中有148 條焊縫存在氣孔缺陷，其中有13 條焊縫中的氣孔缺陷直徑大于管道壁厚一半的超標缺陷，根據相應的標準規范需要做返修處理。檢驗人員根據氣孔的特點及危害性，結合施焊環境，分析了氣孔缺陷產生的原因，對安裝單位提出了具體的預防措施，安裝單位對13 條焊縫進行返修后未發現氣孔缺陷。

2 氣孔的特點及危害性

氣孔是由于焊接熔池在高溫時吸收了較多的氣體，冷卻時氣體又來不及逸出，最后殘留在焊縫金屬內部而形成的。熔池吸收的氣體大部分來自大氣，還有部分氣體來源于焊絲和母材上的油、鐵銹等雜物受熱分解產生的氣體以及各種冶金反應產生的氣體。氣孔有球形、橢圓形、條蟲形、旋風形等形狀，存在形態包括單個氣孔、密集氣孔、連續氣孔，常分布在焊縫的內部或外部位置。

氣孔的危害性主要表現為以下幾個方面。氣孔缺陷是一種體積形缺陷，氣孔占據了焊縫金屬一定的體積，使焊縫的有效工作截面面積減小，導致焊縫的力學性能降低，尤其是焊縫的彎曲和沖擊強度等塑性指標降低；氣孔可能造成應力集中，甚至成為焊縫裂紋源；由于氣孔缺陷超標造成返修次數增多，影響產品質量，增加成本[3]。

3 產生氣孔的原因分析

該天然氣管道為埋地管道，輸送的介質屬性為易燃、易爆，采用的焊接方法為全氬弧焊焊接，施焊條件為焊工在地溝中施焊，施工單位為趕進度沒有按照相關標準規程及焊接工藝進行施工，產生氣孔的原因主要為以下幾點。

（1）施工過程中未設置焊接材料庫，不能保證焊接材料存儲時保持了適宜的溫度及濕度。

（2）未建立焊接材料的保管、烘干、發放和回收管理制度。

（3）焊接設備的電流表、電壓表等參數調節裝置未定期檢測，無法保證焊接電流穩定性，電弧不穩定會擾亂氣流，導致保護效果變差。

（4）存在下雨施焊現象，在雨天施焊過程中，焊工及焊件未設置保護措施。

（5）工期過短，焊工沒有按照相關標準規程及焊接工藝評定進行施焊，不能保證焊接時維持了合適的氬氣流量和焊接速度。

（6）焊絲表面存在油污、水、鐵銹等雜物，會使焊縫內產生氣孔。

（7）雨天風速過大會使保護層形成紊流，造成保護效果不佳的狀況。

4 預防措施

根據氣孔的特點及危害性，結合施焊環境分析氣孔產生的原因，并根據相應的標準、規范提出了以下幾點預防措施。

（1）施焊前應設置焊接材料庫，焊接材料應按設計文件和相關的標準規定進行檢查和驗收，并應具有包裝標記和對應的質量證明文件。

（2）建立焊接材料的保管、烘干、發放和回收管理制度，焊接材料的儲存應保持適宜的溫度及濕度，焊接材料庫應保持干燥、清潔，室內的相對濕度不應超過60%。

（3）焊接設備的電流表、電壓表等參數調節裝置應當定期檢測，保證焊接電流穩定。

（4）對于特殊環境（如下雨、刮風、下雪等特殊天氣），施焊過程中應設置保護措施。

（5）焊接人員應嚴格按照相關標準規程及焊接工藝評定進行施焊，保證合適的氬氣流量和焊接速度。

（6）在施焊前及時清除焊絲表面油污、水、鐵銹等雜物[4]。

5 結論

壓力管道采用氬弧焊焊接時焊縫中產生氣孔的原因很多，但是只要了解氣孔的特點及危害性，并根據施焊環境逐一分析其影響因素，就可以有效避免產生氣孔缺陷的不利因素，這樣既降低了返修頻率，節約了施工成本，提高了產品的焊接質量，也保障了壓力管道安全運行。