提高S31803雙相不銹鋼管線焊接質(zhì)量

陳不友，袁啟東，姜犖犖，馮俊巖，郝 靜

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518067）

0 引言

通過攻關(guān)課題活動(dòng)，深入施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查雙相鋼管線的焊縫缺陷類別與發(fā)生頻率，設(shè)定焊縫合格率目標(biāo)值，分析現(xiàn)場(chǎng)焊縫缺陷產(chǎn)生的根本原因，制定了相應(yīng)的有效控制措施。審查焊工資質(zhì)，安排焊工進(jìn)行崗前操作練習(xí)及考試，組織焊工參加焊接專業(yè)理論知識(shí)培訓(xùn)，進(jìn)而提高焊工的操作技能，改善焊接作業(yè)條件，安排施工現(xiàn)場(chǎng)做好擋風(fēng)擋雨措施，檢查管件組對(duì)符合要求，確保氬氣保護(hù)措施到位、焊工嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行施焊[1]，檢查焊縫外觀質(zhì)量，并對(duì)焊縫進(jìn)行NDT檢驗(yàn)，從而保證雙相不銹鋼管線的焊接質(zhì)量。

1 選擇課題

1.1 選題理由

1）公司與項(xiàng)目質(zhì)量要求

雙相不銹鋼管線的焊縫質(zhì)量指標(biāo)，一次合格率要求達(dá)到98.0%以上。

2）工程要求

雙相不銹鋼管線的焊縫質(zhì)量要求高，焊縫檢驗(yàn)比例為：100%VT＋100%PT＋100%RT。

3）現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題

雙相不銹鋼管線剛開始在陸地預(yù)制焊接時(shí)，焊縫出現(xiàn)大量缺陷，焊縫合格率只有90.4%。

4）以往經(jīng)驗(yàn)

在以往項(xiàng)目中攻關(guān)取得了豐富的雙相不銹鋼焊接經(jīng)驗(yàn)，成效顯著。

1.2 確定課題

基于上述理由，攻關(guān)課題選為：提高雙相不銹鋼管線的焊接質(zhì)量。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及目標(biāo)值分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

在項(xiàng)目開始施工前，先在陸地對(duì)雙相不銹鋼管線進(jìn)行預(yù)制工作，對(duì)已完成焊接的13道6寸雙相不銹鋼管線焊口進(jìn)行NDT檢驗(yàn)，VT與PT檢測(cè)結(jié)果合格，每道焊口拍片數(shù)量為4張，RT檢測(cè)共52張片子，其中5張片子不合格，焊縫合格率為：檢查合格片子數(shù)量/檢查片子總數(shù)量=90.4%，焊縫缺陷情況見表1。

表1 雙相不銹鋼管線焊縫缺陷統(tǒng)計(jì)表（活動(dòng)前）

2.2 目標(biāo)值的可行性分析

設(shè)定雙相不銹鋼管線的焊縫合格率達(dá)到98.0%以上。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，氣孔主要是導(dǎo)致雙相不銹鋼管線焊縫不合格的主要原因，如果能消除焊縫氣孔缺陷，焊縫合格率將提高7.7%，即提高到98.1%，達(dá)到了公司與項(xiàng)目的質(zhì)量目標(biāo)值。

3 原因分析

從人、料、法、環(huán)等方面對(duì)焊縫的主要缺陷進(jìn)行原因分析, 對(duì)查出的9條末端因素進(jìn)行逐條確認(rèn)。

3.1 確認(rèn)選用電流參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，雙相不銹鋼管線焊接所使用的電流分別為148 A與150 A，均在焊接工藝規(guī)程要求的130～170 A范圍內(nèi)，電流參數(shù)符合要求。

3.2 確認(rèn)焊工有無雙相不銹鋼管線的焊接經(jīng)驗(yàn)

結(jié)果顯示，焊工具有相應(yīng)且在有效期內(nèi)的資質(zhì)證書，并查閱其近3年各項(xiàng)目中的雙相不銹鋼管線焊接記錄。記錄表明，在以往的項(xiàng)目中焊工曾參與過雙相不銹鋼管線的焊接工作，具有豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)。

3.3 確認(rèn)氬氣純度

廠家提供的氣體成份報(bào)告：氬氣純度為99.99%；焊縫經(jīng)過RT檢驗(yàn)，未出現(xiàn)密氣孔缺陷，氬氣純度符合焊接工藝要求。

3.4 確認(rèn)坡口打磨與組對(duì)

管件坡口使用磨光機(jī)打磨，磨片材質(zhì)為不銹鋼，坡口表面及附近范圍內(nèi)光滑亮澤；管線采用V型坡口對(duì)接，管線組對(duì)內(nèi)部齊平，坡口角度為60°，根部間隙為3 mm[2]，符合焊接工藝要求。

3.5 確認(rèn)預(yù)熱與層間溫度

現(xiàn)場(chǎng)查看焊接記錄，預(yù)熱溫度≥20 ℃，層間溫度≤150 ℃[3]，均符合焊接工藝要求。

3.6 確認(rèn)擋風(fēng)措施

雙相不銹鋼管線在陸地廠房?jī)?nèi)進(jìn)行施焊，廠房擋風(fēng)措施良好，風(fēng)速≤2 m/s[4]，符合施工條件要求。

3.7 確認(rèn)氬氣保護(hù)是否到位

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)焊縫根部被氧化，RT底片上顯示在焊縫根部有氣孔，背面氬氣保護(hù)不到位，為導(dǎo)致缺陷的主要因素，不符合要求。

3.8 確認(rèn)焊接工藝方法

焊接工藝規(guī)程要求采用多層多道焊，可以有效控制熱輸入與層間溫度。焊工現(xiàn)場(chǎng)采用的是多層單道焊，導(dǎo)致每道焊縫熱輸入增加，不符合焊接工藝要求。

3.9 確認(rèn)收弧時(shí)操作是否合理

焊縫經(jīng)過RT檢驗(yàn)，底片上顯示在收弧地方有縮孔缺陷，確認(rèn)收弧時(shí)操作不當(dāng)，不符合操作要求。

綜上所述，產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因：

1）背部氬氣保護(hù)不到位。

2）焊接工藝不合理。

3）焊接收弧時(shí)操作不當(dāng)。

4 制定對(duì)策

針對(duì)上述主要原因，制定了對(duì)策表，見表2。

5 對(duì)策實(shí)施

雙相不銹鋼管線材質(zhì)為SA-240 S31803，焊接方法：GTAW，正背面采用氬氣保護(hù)[5]。

5.1 采用有效的充氬措施

5.1.1 背面充氬方案

1）采用背面充氬保護(hù)工藝，以避免焊縫根部氧化或產(chǎn)生氣孔。不僅第2層打底時(shí)需要充氬保護(hù)，第2層氬弧焊仍需充氬保護(hù)。

2）大徑管充氬方法。一般情況下，可制作專用工具；無法采取專用裝置時(shí)，可用耐高溫硬紙板配合耐溫膠布等材料在焊口附近形成密閉氣室。

3）充氬位置：

（1）從開孔處進(jìn)行充氬；（2）利用對(duì)口間隙，將細(xì)長(zhǎng)銅管或雙相不銹鋼管敲扁后通過坡口伸進(jìn)焊接區(qū)域，進(jìn)行充氬保護(hù)；（3）從管道開口端，利用制作的充氬工具進(jìn)行充氬。

5.1.2 焊接參數(shù)要嚴(yán)格按照焊接工藝要求

1）氬氣流量：正面13～20 L/min；背面20～25 L/min。

2）根部焊縫厚度不少于3 mm，防止填充燒穿打底層，造成根部氧化及產(chǎn)生氣孔。

實(shí)施效果：采用有效的充氬措施，消除了根部氧化及根部焊縫氣孔。如圖1所示。

圖1 背面充氬

5.2 采用多層多道焊接

施焊時(shí)，送絲速度與焊槍運(yùn)動(dòng)應(yīng)相適應(yīng)，在坡口間隙較大的情況下，焊絲應(yīng)跟著焊槍作橫向擺動(dòng)，焊絲熔化時(shí)，不得離開氬氣保護(hù)區(qū)，以免高溫氧化或產(chǎn)生氣孔從而影響焊接質(zhì)量。雙相不銹鋼管線的焊縫金屬結(jié)晶時(shí)冷卻速度快，當(dāng)層間溫度過高時(shí)，焊縫內(nèi)部的氫氣會(huì)無法及時(shí)逸出，未逸出的氫氣在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生氫氣孔。為了有效地控制熱輸入與層間溫度，焊縫填充及蓋面采用多層多道焊接。多層多道焊縫厚度薄，溫度易于控制，熔池流動(dòng)性均勻易于焊工操作，焊縫熔透性強(qiáng)，焊縫金屬結(jié)晶好，焊縫表面即均勻又美觀。

實(shí)施效果：焊縫填充及蓋面選擇了多層多道焊接工藝，焊縫內(nèi)部及表面未出現(xiàn)氣孔及未熔合缺陷。如圖2所示。

圖2 多層多道焊

5.3 采用引弧或者打磨方式

收弧時(shí)，焊接速度應(yīng)適當(dāng)減緩，以增加焊絲的填充量，待熔池填滿后不再加絲，同時(shí)應(yīng)立即將電弧引至坡口邊緣，快速滅弧。當(dāng)采用圓圈收弧時(shí)，收弧點(diǎn)焊縫會(huì)由于焊絲未填滿而產(chǎn)生縮孔，或者焊絲填充過多而熔池流動(dòng)不好進(jìn)而導(dǎo)致氬氣保護(hù)不到位，使收弧焊縫產(chǎn)生氣孔。氣孔缺陷不得用熔化法清除，縮孔或者收弧焊縫應(yīng)采用磨光機(jī)進(jìn)行打磨，打磨即可以消除收弧缺陷并有利于下一步的起弧焊接。

實(shí)施效果：收弧時(shí)選擇了引弧或者打磨方式，清除了收弧縮孔。如圖3所示。

圖3 打磨收弧焊縫

6 效果檢查及鞏固

6.1 效果檢查

項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)焊縫進(jìn)行100%VT＋100%PT＋100%RT檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果都合格，符合規(guī)范要求，焊接合格率達(dá)到100%。消除了焊縫缺陷，提高了雙相不銹鋼管線的焊接質(zhì)量，焊接合格率達(dá)到了公司與工程的質(zhì)量要求。

6.2 鞏固措施

在以后的施工中還需要不斷地摸索，對(duì)焊工加強(qiáng)理論知識(shí)培訓(xùn)，提高焊工的實(shí)踐操作技能，選擇合理的焊接工藝，改善焊接作業(yè)條件，提高焊接作業(yè)效率，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)焊接過程監(jiān)控，分析焊縫缺陷的原因所在，排除存在的各種不利因素，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量關(guān)，確保焊接合格率滿足工程的要求。

7 結(jié)論

通過從人、料、法和環(huán)等方面對(duì)焊縫的主要缺陷進(jìn)行原因分析，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查找出主要因素的基礎(chǔ)之上，制定了合理的對(duì)策并高效進(jìn)行實(shí)施，從而消除了雙相不銹鋼管線的氣孔、未熔合等焊縫缺陷，提高了雙相不銹鋼管線的焊接質(zhì)量，取得了預(yù)期的成效。雙相不銹鋼管線焊接質(zhì)量的提高，既加快了陸地的預(yù)制工作進(jìn)度，又滿足了海上平臺(tái)工藝管線的安裝需求。本文為雙相不銹鋼管線的焊接質(zhì)量控制提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。