低壓碳鋼管道焊修工藝研究

摘要：管道輸送的優點是損耗少、占地少、污染低、運輸成本低廉，各行各業得以廣泛地應用，尤其是低壓液體介質采用管道輸送流量大、輸送速度快和危險性低等優點，因此廣泛用于市政基礎設施，最為常見的是給水和熱力管道，這些管道絕大部分是低壓低碳鋼管道，使用時壓力低、危險危害性小，往往忽略了施工工藝或焊修工藝，導致管道使用壽命縮短或故障頻發，直接影響用戶的使用和系統的正常運行。本文對低壓管道的焊修工藝重新進行系統地研究，得出與低壓管道焊修相匹配的焊修工藝措施與方案。使管道焊修后能夠極大地提升焊接質量和降低返修次數，實現管道安全、穩定、經濟地運行的目的。

關鍵詞：管道焊接;焊接應力;熱處理、焊接工藝

引言

焊接工藝是最為常見的金屬熱加工工藝，尤其是在工業制造業和機械設備檢修業中具有特別重要的地位。在實際實施過程中，經常會因為材料、工藝、以及作業技能和作業環境的影響，在管道焊修過程中會出現各種各樣的焊接缺陷，這些缺陷會影響管道的安全性和可靠性。因此在管道安裝或檢修焊接作業過程中，要及時發現焊接缺陷并根據缺陷的情況，提出相應的解決辦法，同時嚴格實施工藝措施，才能夠保障管道的質量與使用壽命。

管道焊修常見問題概述

影響管道焊接質量的因素多種多樣，主要有管道布局、焊縫位置和間距、母材和焊條的質量、焊接后熱處理質量、焊接設備性能、工藝參數指定、工藝規程、焊接技能以及作業環境等。因此在管道的安裝和后期的返修過程中不僅僅要考慮焊接缺陷類型，還需要考慮產生該種缺陷的因素，繼而提出更加合理的返修焊接工藝。

低壓碳鋼管道焊修工藝研究

2.1嚴格實施管道單面焊雙面成形工藝

單面焊雙面成形是指，焊接時操作者置于焊件的一面，使焊縫的正面與背面都成形的一種焊接工藝，適用于焊縫強度不低于母材強度的焊接，此種焊接工藝用于承重與承壓金屬材料焊接作業，要求較為嚴格，并且應用也是最為普遍，尤其是管道作業此類焊接的焊工必須得進過專門的培訓。從理論上熟知焊縫未焊透和焊縫背面未成形的缺陷：未焊透的焊縫厚度小于母材的厚度即焊縫的強度亦低于母材的強度是焊縫后期失效的主要原因之一，施焊時必須焊透保證焊縫的強度略大于母材的強度;背面成形是焊縫的背面成形的狀況，背面成形不良會增加焊縫的焊接應力，影響焊縫的承載力。焊縫背面的高度值0≥h≤1㎜，正面高度值0≤h≥2㎜，由此可見對焊縫正背面高度值要求的嚴謹;若是管道焊接背面成形不良造成整體超高使環形焊縫的截面積減小影響管道的流量，小徑管道尤為明顯。因此焊接過程中要熟練掌握單面焊雙面成形的要領與技能，時常以試件的形式對其焊接技能和焊接質量進行考核，及時發現操作技能的穩定性與可靠性。所以遵循單面焊雙面成形工藝的前提是，操作者的職業素養和技能水準決定的主要因素。

2.2對焊口處進行機械加工保持熔池金屬的純潔度

低碳鋼焊接時一般采用酸性焊條，這類焊條對焊縫區域內的水分、鐵銹、油污等物不敏感，同時產生氣孔之類的焊接缺陷概率小，就是因為具有這些工藝優點很多人忽略了金屬的焊接熔池冶金過程。在熱源的作用下母材表面先形成熔池然后再將焊材金屬融化與母材金屬融合在一起形成焊縫金屬。如果對焊縫區域污物不進行清理這些污物就直接參與母材和焊材的冶金反應，這些污物對焊接冶金都是產生負面因素的物質，例如油污和水分在熔池來不及溢出便形成各種類型的氣孔，其他硬質污物融于熔池亦可形成夾渣等;特別是低碳鋼氧乙炔氣割熔渣，其主要成分是四氧化三鐵（Fe3O4），焊接時是完全可以融入于碳鋼中的物質，融入后碳鋼的性能徹底產生變化其強度、塑性、韌性全部降低，是導致焊縫壽命縮短的重要因素之一;再從微觀冶金角度分析，金屬的特性是由金屬的主要成分加上一部分有益元素構成特有的金屬材料性能，若參雜這么多的有害物質，勢必金屬的基本組成元素產生變化、金屬的晶格結構也產生變化，致使焊縫焊縫金屬及其性能產生變化。由此可以得出，焊縫的焊接區域在施焊前必須采用機械方式進行坡口及坡口的周圍的修磨與清理，保證坡口的潔凈，是保障焊接熔池純凈的前提，是保障焊接質量的根源。

2.3對焊道進行合理布局防止焊接殘余應力過分集中。

焊接時，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，從而其產生不均勻的膨脹，高溫區的膨脹受低溫區的限制，導致焊件焊后產生了殘余應力和殘余變形。焊接與焊接應力是一對孿生兄弟，焊接產生應力，應力的大小取決于焊接厚度、尺寸、焊接順序、焊接線能量等等因素，焊接殘余應力集中輕則可使焊件產生變形，重則可使焊縫失效。面對如此嚴重的焊接危害，缺乏焊接理論知識的操作者，往往把焊縫加厚、焊縫重疊、焊縫相交、焊縫密集等誤認為是焊縫強度增加，殊不知其焊接應力內在的危害和后果。以發生泄漏管道為例，泄漏往往產生在管道相互交叉連接處，這些部位管道的管徑各異、三通、彎頭相互交織，是各個方向的管道在此進行“碰頭”處，是焊縫最為密集的區域，加之管道直徑各異、管道長度不同、受力方向各異，便是焊接應力最為集中區域，因此該區域發生故障的概率最為頻繁，降低故障的主要有效措施是減小焊接殘余應力即，減少焊縫數量和控制焊縫間距。焊縫與焊縫的間距焊遵循：大于管徑的1.5倍且不得小于150㎜，遵循這一數值要求可以極大地降低或抵消焊接應力，不至于因為焊縫密集而造成焊接應力集中產生焊縫開裂。因此管道在焊修時，應合理布局焊道、采用對稱焊法、控制焊縫余高、錘擊焊道、焊后回火等一系列手段來消除焊接應力，讓焊縫的應力盡可能的減小，或處于松弛狀態，實現焊縫的“長治久安”。

2.4對焊縫進行簡單熱處理

低碳鋼焊接時環境溫度低于0°C時，應對焊縫區域進行預熱，預熱溫度80-100°C，其主要目的是防止焊接時產生過冷度，金屬材料在結晶時產生馬氏體組織，同時硬度與脆性增加塑性與韌性下降，是低碳鋼焊縫最為不利的因素。所以根據施焊管道所處的的具體情況和實際作業環境，進行預熱或緩冷措施對焊縫實施簡單的熱處理工藝，減少產生故障的概率，也可增加焊縫壽命。

三、制定與實施焊修作業標準

低壓碳鋼管道的焊接，為了確保焊接質量應具有相應的監督、檢驗與驗收標準做到有章可循，嚴把質量關，必須做到以下幾點：

焊修作業開始前制定技術方案，做到有章可循。

對焊道進行分析與評估，制定焊修措施。

焊縫布置應遵循，大于管徑的1.5倍且不得小于150㎜。

焊縫焊接區域應采用機械方式進行污物處理，保障坡口和焊接區域的清潔度。

焊縫點固是應充分考慮變形量，決定點固的數量與長度。

焊接時合理選用焊材和焊接參數，并實施錘擊焊道法消除焊接應力。

焊后做到讓焊縫緩慢冷卻。

對焊縫實施全過程跟蹤與監督，實行外觀檢驗成形寬窄均勻余高≤2㎜，表面無弧坑、夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷。

結束語

低壓碳鋼管道修焊是為最常見的檢修作業，隨著焊接技術的發展，焊接質量也得到了極大的提升。但是在實際作業中會受到各種工藝的影響，針對這些問題需要制定相應的克服措施，用科學的方法進行分析發生故障內在的原因，再用相應的技術進行徹底的修復，達到管道焊縫本質上的安全與可靠。采用以上的焊修工藝進行管道焊修作業，能夠滿足管道的技術要求，確保管道使用壽命，還能夠實現管道安全、經濟、穩定、長周期可靠運行。

①作者簡介：王元平（1971─），高級技師。國家能源準能集團焊工技能大師，主要從事焊工技術及焊接工藝和焊接質量方面的研究。

[1] 趙芳. 熱力管道焊接裂紋產生原因分析及修復工藝[J]. 河北建筑工程學院學報， 2018（2）.