高壓厚壁管道埋弧焊工藝及缺陷預(yù)防措施

宋相華

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266500

某石油化工有限公司4000 萬t/ a 煉化一體化項目二期工程中，300 萬t/ a 漿態(tài)床渣油加氫裝置共有設(shè)計壓力≥10MPa 的管道8.1km。高壓管道數(shù)量多，占比高，壓力范圍為16.5M～45.85MPa，工藝流程復(fù)雜，介質(zhì)種類繁多，安裝工程量大、難度大。其中，最厚管道不銹鋼材質(zhì)A312 TP347 的壁厚最大為55mm。根據(jù)施工策劃，該管道預(yù)制階段采用管道埋弧焊。

埋弧自動焊是電弧在焊劑層下燃燒，利用機械自動控制焊絲送進和電弧移動的一種電弧焊方法。該焊接工藝具有效率高、成本低、接頭質(zhì)量好、沒有弧光輻射、勞動條件好等優(yōu)點。與常用其他焊接方法相比，施焊時其材料可節(jié)省1/ 2～2/ 3，生產(chǎn)效率能提高1/ 2 以上。相比之下，埋弧自動焊的焊接效率優(yōu)于熔化極氣體保護焊。

中石化第十建設(shè)有限公司目前已經(jīng)大面積使用管道埋弧焊，焊接效率高，工藝成熟。施工時，焊接工藝選用鎢極氬弧焊打底（背面氬氣保護），埋弧自動焊填充蓋面。但施工過程中因管道壁厚較大、坡口較深、焊接操作等原因，焊縫焊接過程中極易出現(xiàn)焊接缺陷，造成一定的質(zhì)量隱患。

1 焊材特性和管道埋弧焊特點

焊接前，要對不銹鋼焊接特性及管道埋弧焊特點進行分析。不銹鋼具有導(dǎo)熱慢、容易熱量集中、熔深淺、鐵水凝固較慢等特性，埋弧焊接時容易出現(xiàn)夾渣、氣孔、駝型焊縫等缺陷。由于焊工看不到電弧與工件之間的相對位置，容易出現(xiàn)焊肉偏移造成夾渣和未熔合缺陷；還會由于坡口形式、焊劑特性的原因，出現(xiàn)清渣困難。因此，需要焊工熟練掌握焊接設(shè)備功能，對焊接參數(shù)和焊縫位移等準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，靠經(jīng)驗確定電弧準(zhǔn)確位置等。

2 埋弧焊的技術(shù)措施

（1）為防止埋弧焊電流大燒穿打底焊縫，氬弧打底焊接需兩遍后，方可進行管道埋弧焊。

（2）埋弧焊槍角度適當(dāng)往垂直位置轉(zhuǎn)動反方向前移20～30mm，適當(dāng)調(diào)整焊接速度在40cm/ min，以克服由于不銹鋼導(dǎo)熱較差、熱量容易集中，導(dǎo)致鐵水不容易凝固而形成駝型焊縫。

（3）注意控制埋弧焊的起弧、收弧質(zhì)量，避免出現(xiàn)起弧時熔池焊肉堆積和收弧弧坑裂紋。

（4）坡口角度可適當(dāng)減小，以減少填充金屬，提高焊接效率。但要同時考慮便于清渣和焊縫成型，管道坡口為40°～45°或者U 形坡口為宜。

（5）注意焊接厚度，如果過厚，容易造成清渣困難，同時勢必導(dǎo)致熱量集中，焊縫的晶粒粗大，造成焊縫潛在缺陷。每層厚度一般為3～4mm 左右為宜。

（6）注意焊接參數(shù)匹配，由于不銹鋼材料具有電阻大、導(dǎo)熱性較差的特點，焊接電壓應(yīng)適當(dāng)增大。經(jīng)過反復(fù)試驗，Φ1.6mm 焊絲的電壓以38V 左右為宜。

（7）注意接頭方法方式，推薦采用交錯連續(xù)式焊接接頭，可連續(xù)焊接完成整個焊縫的焊接，盡量避免多接頭，以免出現(xiàn)缺陷。

（8）焊劑的選擇時應(yīng)注意目數(shù)、顆粒度，一般采用40～60 目規(guī)格焊劑。焊劑太粗，容易出現(xiàn)焊劑漏嘴輸送焊劑不均勻；焊劑太細，熔池殘余氣體不能及時溢出，又易造成焊縫缺陷，同時還要考慮清渣問題。

（9）控制好干伸高度，減小對熔池和藥劑的影響，一般推薦干伸高度為20～30mm。

（10）焊工熟練掌握埋弧焊熔池移動的規(guī)律和觀察技巧，防止熔池位移造成的缺陷。

（11）注意焊接層道間及找平質(zhì)量，以利蓋面。

（12）較長管道焊接過程中容易出現(xiàn)變形。克服措施是每臺埋弧焊機安裝必須用水平儀找正，焊接前每根管線吊到埋弧焊機上必須用水平儀找正確認。短管焊接需要臨時增加加長管時，組對一定找正水平，確定后再上埋弧焊機。

（13）焊劑中焊絲頭、鐵屑、砂輪片粉末預(yù)防措施：焊絲頭及鐵屑過篩進行篩出，最后可通過磁鐵進行吸取；篩出焊劑中的砂輪片粉末及粉末焊劑，更新增加一些新焊劑，確保焊劑的保護效果。

3 管道埋弧焊容易出現(xiàn)的缺陷及預(yù)防措施

3.1 保護套過大，導(dǎo)致焊絲不能深入到熔池

管道壁厚55mm，坡口較深，通常導(dǎo)電嘴的深度一般在45mm，焊接過程中埋弧焊保護套過大，焊絲靠不到坡口邊緣，不能深入到焊道，導(dǎo)致不能正常焊接。

為此，采取以下措施：定制加工的導(dǎo)電嘴分為兩部分，即長度70mm 的導(dǎo)電嘴桿及長度3mm 的導(dǎo)電嘴頭，通過將導(dǎo)電嘴頭部進行錐形處理，可解決坡口過深的問題；將保護套適當(dāng)拍扁一些，導(dǎo)電嘴適當(dāng)打磨銷窄一些，保證焊劑流動順暢（見圖1）。另外，焊接時，焊工要及時通過送絲機上面左右手柄調(diào)整焊絲角度，保證焊絲與坡口之間的距離，確保焊縫與坡口的熔合性。

圖1 拍扁保護套

3.2 焊絲的影響

埋弧焊焊絲規(guī)格Φ2.5mm，大部分焊機中的焊絲從導(dǎo)電嘴出來時，都彎曲比較嚴(yán)重。焊絲干伸越長，彎曲越嚴(yán)重，導(dǎo)致背彎側(cè)坡口熔合不好。另外，焊機整體不在一個水平線及管線組對過程中的變形，會使焊絲干伸有所變化，干伸高度忽高忽低、忽前忽后。干伸高度忽高忽低容易造成熔合不好；干伸忽前會使焊縫倒流，導(dǎo)致焊縫中形成條形夾渣。

埋弧焊焊絲彎曲預(yù)防措施：埋弧焊機增加焊絲矯正器，可通過調(diào)整焊絲矯正器位置，調(diào)整焊絲彎曲度，焊絲矯正器要覆蓋到每臺焊機，見圖2。

圖2 加矯正器的焊絲

3.3 容易出現(xiàn)氣孔缺陷

埋弧焊接過程中由于各種元素成分的相互作用，熔池和熔渣中會析出一定的氣體。同時由于焊接參數(shù)較大，熔池?zé)崃扛撸鄢氐睦鋮s速度較快，焊劑如果沒有烘干或者顆粒較細，熔池內(nèi)的氣體來不及析出，會被凝固在焊縫中而成為氣孔等缺陷。因此，焊劑應(yīng)選用匹配顆粒度，使用前應(yīng)按規(guī)定嚴(yán)格烘干，隨用隨取，這樣才能有效減輕焊接氣孔產(chǎn)生。

3.4 熔池偏移，產(chǎn)生夾渣、未熔合缺陷

管道焊接過程中，由于熔池被焊劑覆蓋，不易觀察，有時會出現(xiàn)熔池軸向偏移的現(xiàn)象，使焊道出現(xiàn)夾渣、未熔合缺陷。因此，焊接過程中需要焊工對位移調(diào)節(jié)系統(tǒng)及時校正。同時，隨著焊道層數(shù)的增加，機頭應(yīng)相應(yīng)地提升，以保證焊絲的伸出長不變化。

3.5 焊接層道間的脫渣問題

常用的埋弧焊劑都具有較好的脫渣性能，但由于熔渣和液態(tài)金屬具有不同的物理特性，渣殼形成后，渣殼會被兩側(cè)金屬擠壓，鑲嵌在接頭的間隙中，導(dǎo)致脫渣十分困難。另外，焊工在清理未脫落藥皮時，砂輪機打磨坡口，砂輪機角度及用力的力度使焊縫表面寬窄、深淺不一。有時易磨出較窄夾溝，導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)條形夾渣。

解決坡口內(nèi)脫渣可采用以下幾種方法：選用坡口內(nèi)脫渣性能好的焊劑；借助專用工具打渣，減輕手工打渣的勞動強度；利用熱脫渣技術(shù)；盡量采用排焊工藝；以及確保焊道表面成形良好等，可有效克服層道間脫渣問題。

4 結(jié)語

某石化二期工程項目高壓聚乙烯裝置和2×300 萬t/ a 漿態(tài)床渣油加氫裝置的工藝管道總焊接量約160 萬吋，使用管道埋弧自動焊焊接量約56 萬吋，總計拍片數(shù)約27 萬張。管道埋弧焊一次焊接合格率保持在99%以上，焊接質(zhì)量控制效果顯著。

且管道埋弧焊具有以下優(yōu)勢：沒有弧光輻射和焊接煙塵，焊工不需要佩戴焊帽等輔助工具，勞動條件好，勞動強度低，對焊工傷害小，焊工使用積極性高；對野外防風(fēng)措施等工作環(huán)境條件要求不嚴(yán)格；焊工技能操作基本為機械類焊工操作，操作難度小，培訓(xùn)容易，非常容易掌握。