管道焊接工藝評(píng)定的關(guān)鍵要素分析

王英

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，焊接技術(shù)在管道、鍋爐、壓力容器、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)產(chǎn)品焊接質(zhì)量也提出了更高的要求。明確管道焊接工藝的關(guān)鍵要素并在焊接過(guò)程中強(qiáng)化應(yīng)用，對(duì)提高焊接質(zhì)量具有重要意義，本文主要對(duì)管道焊接工藝常用的幾種標(biāo)準(zhǔn)以及工藝評(píng)定的幾點(diǎn)要素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：管道焊接；工藝評(píng)定；要素；標(biāo)準(zhǔn)

1.管道焊接工藝概述

管道焊接是指采用加熱或加壓的方式，采用一定的填充材料，使管道與焊接材料達(dá)到原子結(jié)合以實(shí)現(xiàn)二者牢固連接的一種加工方法。焊接技術(shù)具有成型方便、成本較低、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化以及自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域中一種非常重要的金屬連接技術(shù)。根據(jù)焊接過(guò)程特點(diǎn)的不同，焊接可以分為熔化焊、壓力焊、釬焊三大類，其在各領(lǐng)域有不同的應(yīng)用，其中最常用的是熔化焊。不同領(lǐng)域?qū)附庸に嚨囊笥兴煌瑢?dǎo)致了各種不同種類的評(píng)定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)勢(shì)而生，各種標(biāo)準(zhǔn)的選用較為混亂，焊接工藝可變參數(shù)較多，它們對(duì)焊接工藝的影響較大。因此，在焊接工藝評(píng)定中應(yīng)選用適合管道工程的標(biāo)準(zhǔn)，使其成為控制焊接質(zhì)量的有效手段；把握好焊接過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)的選取，從而保證焊接各環(huán)節(jié)的質(zhì)量。下面主要介紹JB4708標(biāo)準(zhǔn)、GB50236標(biāo)準(zhǔn)、蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、SY/T4052標(biāo)準(zhǔn)以及SY/T4103標(biāo)準(zhǔn)等的應(yīng)用情況，在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中焊接工藝要素包括：焊接方法的選用、焊接材料的要求、焊后熱處理方法以及試件和焊件的厚度要求等，由管道焊接標(biāo)準(zhǔn)及焊接關(guān)鍵要素要求來(lái)保證焊接工藝的質(zhì)量。

2.目前常用的管道焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由于焊接工藝應(yīng)用范圍很廣，且各個(gè)不同的領(lǐng)域?qū)附訝顩r有不同的要求，焊接工藝評(píng)定并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊接工作也常常根據(jù)其自身特征選擇適合的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)選擇的正確與否直接決定了管道連接是否良好，影響著工程質(zhì)量的好壞。在目前的管道焊接中，常用的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)有：GB50236-2011《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、JB4708-2005《鋼制焊接壓力容器焊接工藝評(píng)定》、《蒸規(guī)》《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、SY/T0452-2012《石油天然氣金屬管道焊接工藝評(píng)定》、SY/T4103-2006《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》、TSGZ6002-2010《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》、NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》、TSG D0001-2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程工業(yè)管道》。

對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定是焊接工作的重要步驟，其最終目的是保證焊接的質(zhì)量，需要對(duì)多個(gè)方面的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)督、試驗(yàn)，工作量一般比較大。在執(zhí)行的過(guò)程中，如果不能選擇正確的標(biāo)準(zhǔn)，或者盲目地選用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，不僅會(huì)影響焊接工藝評(píng)定結(jié)果，還會(huì)造成人力、物力的浪費(fèi)。為了更好、更高效率地完成焊接質(zhì)量的評(píng)定工作，一方面要掌握標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)則的適用范圍，還要分析管道與焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮管道中流體性質(zhì)對(duì)管材焊接質(zhì)量的影響等。

根據(jù)不同焊接工件及管材的特征，在不同的焊接工作中通常選用不同的工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。在鋼制壓力容器等的焊接工藝中通常采用JB4708標(biāo)準(zhǔn)；長(zhǎng)輸管道通常對(duì)沖擊韌度有較高的要求，在施工中一般不采用SY/T4103標(biāo)準(zhǔn)；在壓力管道的焊接工藝評(píng)定中常采用SY/T0452標(biāo)準(zhǔn)；JB4708標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定規(guī)則內(nèi)容詳細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，也可用于長(zhǎng)輸管道的焊接工藝評(píng)定。

3.管道焊接工藝評(píng)定中的重要因素

管道焊接是一道復(fù)雜的工藝流程，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定的因素主要有接頭、焊接位置、焊后熱處理方法、試件及焊件的位置以及焊接方法類別等，根據(jù)其對(duì)焊接質(zhì)量的影響可分為重要因素、補(bǔ)加因素以及次要因素等。重要因素主要影響焊接接頭抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度；補(bǔ)加因素主要用于控制焊接接頭的沖擊韌度；次要因素是對(duì)所要求的力學(xué)性能影響不大的因素。當(dāng)重要因素改變時(shí)，則需要重新編制焊接工藝指導(dǎo)書，明確焊接工作中的重要因素與次要因素、補(bǔ)加因素，這對(duì)把握焊接質(zhì)量具有很重要的作用。不同的工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各要素有不同的側(cè)重，下面主要介紹不同評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中管道焊接的幾個(gè)要素。

3.1焊接方法類別

焊接方法根據(jù)形成的接頭的狀態(tài)、熱源的性質(zhì)以及是否采用加壓的方法可以分為三大類：熔化焊、壓力焊、釬焊。其中，熔化焊是利用熱能將焊件接頭融化使其與焊接材料結(jié)為一體的焊接方法，包括氣焊、電弧焊、鋁熱焊等；壓力焊是通過(guò)加壓的方式完成焊接的方法，包括冷壓焊、擴(kuò)散焊、電阻焊等；釬焊是通過(guò)采用比木材熔點(diǎn)低的金屬釬料，在加熱溫度介于釬料和母材熔點(diǎn)溫度之間時(shí)，使液態(tài)釬料填充接頭的間隙，實(shí)現(xiàn)與母材相互擴(kuò)散從而完成焊接的方法，包括硬釬焊和軟釬焊等。

在不同的管道焊接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)焊接方法有不同的要求和規(guī)范：GB50236標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊條電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等焊接方法有一定的使用要求；氣焊、烙化極氣體保護(hù)焊、鎢極氣體保護(hù)揮、電渣捍、耐蝕堆焊等在JB4708標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定；在SY/T0452標(biāo)準(zhǔn)中通常有氣焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極氣體保護(hù)焊、自動(dòng)及半自動(dòng)自保護(hù)管狀藥芯焊絲焊等；SY/T4103主要對(duì)熔化極保護(hù)焊、藥芯焊絲自保護(hù)焊等做出相應(yīng)的規(guī)范。焊接方法的選擇決定了焊接工藝中的重要因素、補(bǔ)加因素和次要因素，也決定了焊接中的接頭形式、坡口形式、縫道的布置等。目前管道焊接多用氣體保護(hù)焊打底（氣體為二氧化碳、氬氣等），壁厚大的用焊條電弧焊層層蓋面，壁厚小的常用焊絲全氬弧焊，以提高效率。

3.2對(duì)鋼材的要求

焊接材料通常是指焊接時(shí)所消耗的材料，包括焊條、焊絲、氣體等，在管道焊接時(shí)根據(jù)焊接鋼材的性質(zhì)應(yīng)采用不同的焊接材料以保證焊接的的牢固程度。在不同的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼材有不同的分類工藝標(biāo)準(zhǔn)，這里主要介紹鋼材分類及適用情況。GB50236標(biāo)準(zhǔn)將鋼材分為13類18組，碳素鋼與低合金鋼按照抗拉強(qiáng)度、使用溫度、Cr與Mo的含量進(jìn)行分類分組；JB4708標(biāo)準(zhǔn)將鋼材分為8類15組，碳素鋼和合金鋼基本上按照抗拉強(qiáng)度進(jìn)行分類；SY/T0452標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼材的要求分類與GB50236類似；SY/T4103標(biāo)準(zhǔn)將碳素鋼與低合金鋼按照屈服強(qiáng)度分為3組，當(dāng)組別發(fā)生變化時(shí)要重新進(jìn)行分組。在各評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中，鋼材的分類依據(jù)不同，焊接材料的選擇需要考慮鋼材的一些力學(xué)性質(zhì)，并與管材的工作條件相結(jié)合，尤其是在管道中輸送一些具有一定腐蝕性、酸堿度、高溫高壓液體或者氣體時(shí)，需要綜合考慮焊接位置的強(qiáng)度要求，從而選擇合適的鋼材以及與之相適應(yīng)的焊接材料，保證管道運(yùn)輸中的安全性。

對(duì)于大型的管道運(yùn)輸工程，在正式投入建設(shè)之前必須要進(jìn)行一定的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，焊接位置往往是應(yīng)力集中的部位或渦流沖擊的部位。因此，在進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)時(shí)要對(duì)這些位置進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊試驗(yàn)，還要檢測(cè)焊縫斷面是否焊透、焊接件與被焊接件的融合情況以及氣孔、夾渣的缺陷尺寸等，這些對(duì)于鋼材要求以及焊接材料的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

3.3焊后熱處理方法

焊后熱處理是焊接過(guò)程中一道非常重要的工序，對(duì)焊縫的閉合情況、焊接質(zhì)量的牢固狀況起著非常重要的作用。不同的管道焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊后熱處理方法也具有不同的要求：在GB50236標(biāo)準(zhǔn)中要求改變焊后熱處理種類則要重新評(píng)定，但就如何分類沒(méi)有給出明確的標(biāo)準(zhǔn)；JB4708標(biāo)準(zhǔn)將碳素鋼與合金鋼的焊后熱處理分為5類，并且對(duì)保溫溫度和保溫時(shí)間都有明確的規(guī)定和限制；SY/T0452標(biāo)準(zhǔn)與GB50236標(biāo)準(zhǔn)在焊后熱處理的要求方面相同；SY/T4103標(biāo)準(zhǔn)中未提及改變焊后熱處理種類要重新評(píng)定。

由于焊接會(huì)引起焊件的溫度分布不均勻，焊縫金屬熱脹冷縮，從而導(dǎo)致焊件具有一定的焊接殘余應(yīng)力，所以在焊接后必須采用一定的焊后熱處理手段消除殘余應(yīng)力的影響。焊后熱處理對(duì)金屬的抗拉強(qiáng)度、蠕變極限的影響由熱處理的溫度及時(shí)間決定，并隨著鋼種的不同影響焊縫金屬的沖擊韌性。在管道焊接中，應(yīng)根據(jù)管道鋼材的類型、焊接方法以及不同的應(yīng)力要求選擇合適的焊后熱處理方法。尤其鉻鉬鋼，掌握好焊后熱處理時(shí)間和溫度等，防止管道出現(xiàn)裂縫。通過(guò)焊后測(cè)試硬度可以檢查焊后熱處理的效果。

3.4試件及焊件的厚度

試件及焊件的厚度也是焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中重要的評(píng)定準(zhǔn)則，二者厚度的大小及之間的關(guān)系直接影響焊接的牢固程度及管道強(qiáng)度。在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)時(shí)間與焊件厚度關(guān)系的要求有所不同，但都要求試件適用于焊件的范圍，按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》能覆蓋厚度范圍。試件與焊件厚度的關(guān)系是焊接工藝評(píng)定的重要內(nèi)容，盡管各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二者的關(guān)系規(guī)定有一定的差異，但都是為保障焊接質(zhì)量而設(shè)定，一旦選定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，就要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，以確保管道焊接位置的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等要求。

4.總結(jié)

管道焊接工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，嚴(yán)格進(jìn)行管道焊接工藝評(píng)定，把握焊接工藝中的關(guān)鍵因素，仔細(xì)分析TSGZ6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》對(duì)保證焊接質(zhì)量具有非常重要的意義。文章對(duì)國(guó)內(nèi)常用的幾種管道焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定的分析和介紹，并對(duì)其公用評(píng)定要素、焊接方法、鋼材選擇、焊后熱處理以及焊件與試件的厚度關(guān)系進(jìn)行了一定的介紹，希望對(duì)業(yè)內(nèi)管道焊接工藝評(píng)定要素的把握具有一定的指導(dǎo)作用。

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