淺析不銹鋼管道施工的焊接變形控制

毛曉軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 不銹鋼管道焊接變形原因

對于不銹鋼這種特殊的材料而言，當(dāng)這種材料在高溫狀態(tài)下時，在沿著焊道的方向上，焊縫金屬數(shù)量顯著增多，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗調(diào)查，電弧附近的峰值溫度異常高，甚至在一些條件下可達(dá)到幾千攝氏度，因此，在這種條件下，靠近焊縫的較熱金屬會表現(xiàn)出較明顯的膨脹特性，而遠(yuǎn)離焊縫的較冷金屬膨脹特性并不明顯，且會對來自較熱金屬的膨脹力產(chǎn)生一定的阻止作用，最終誘發(fā)工件金屬的變形。在工件處于冷卻條件下時，因為存在熱收縮力，這一熱收縮力將加劇焊縫金屬的收縮，但部分收縮力可能分布在變形的工件金屬內(nèi)，此時，工件剛性部分，沒有收縮力的分布且不會殘留在工件內(nèi)部，無法形成內(nèi)應(yīng)力。這些特點使得不銹鋼管道焊接變形主要是由以下因素所導(dǎo)致：（1）不銹鋼的熱膨脹系數(shù)相對較大，根據(jù)相關(guān)調(diào)查，奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大約為碳鋼的40%，且不銹鋼的電阻率較高且導(dǎo)熱系數(shù)較小，這些特性使得在不銹鋼管道焊接中，易形成巨大的內(nèi)應(yīng)力，一旦在焊接施工過程中無法有效進(jìn)行這一內(nèi)應(yīng)力的控制，將加劇變形情況的出現(xiàn)。（2）不銹鋼熔的流體黏性相對較高，焊接作業(yè)的實施困難，為順利焊接，在焊接作業(yè)的開展中需適當(dāng)增大焊接電流，因為焊接作業(yè)的開展中表現(xiàn)出熱輸入增加，也就會增大焊接變形的概率。（3）當(dāng)焊接作業(yè)中點焊、固定焊的長度或者數(shù)量無法達(dá)到焊接施工的要求，或者焊接順序設(shè)置不當(dāng)，也易引發(fā)焊接變形。

2 不銹鋼管道焊接變形控制

出于不銹鋼管道焊接變形的原因，為有效實現(xiàn)對焊接變形的控制，在具體的焊接作業(yè)開展中，可從以下幾個方面來控制。

2.1 焊工資質(zhì)

接收因為不銹鋼管道焊接的專業(yè)性較強，參與此項焊接作業(yè)的人員要具備高超的技術(shù)和良好專業(yè)素質(zhì)，總之，焊工資質(zhì)要達(dá)到要求，工程企業(yè)需對焊工開展嚴(yán)格的檢查，確保參與不銹鋼管道焊接的焊工，都持有崗位所要求的職業(yè)技能證書和資格證，在后續(xù)的焊接作業(yè)開展中，焊工可遵守規(guī)范化焊接的要求，利用自身專業(yè)知識解決焊接作業(yè)中出現(xiàn)的諸多問題。

2.1.1 檢查資格證明的有效期

焊工資格檢查也要重視對有效期的檢查，一般情況下，從焊接人員的考核合格日期開始，資格有效期不應(yīng)超過3年，一旦焊接人員因為某些原因中斷了焊接作業(yè)，且中斷時間超過了半年，就需要開展重新的資格考核與認(rèn)證。

2.1.2 檢查考試項目與所焊產(chǎn)品的一致性

焊接人員的考試中，在考試項目中明確標(biāo)明了相應(yīng)的代號，檢查人員在開展焊工檢查的過程中，要熟悉各個考試代號，在開展焊接人員的資格檢查時，可根據(jù)自身所掌握的知識，對考試項目與所焊產(chǎn)品的一致性開展檢查。就我國現(xiàn)行的焊接檢查標(biāo)準(zhǔn)，合格證中的代號包含焊接方法分類號、材料分類號、母材鋼號分類號、證件類別分類號，在對焊接人員進(jìn)行資格認(rèn)定的過程中，除了要進(jìn)行焊工資格證有效期的檢查，更需要保障焊接方法、材料、母材鋼號、試件類別符合焊接要求。

2.2 機械加工坡口

在開展不銹鋼管道焊接作業(yè)的過程中，對于坡口加工或者切割環(huán)節(jié)，一般會配備手工等離子切割磨光機來開展焊接作業(yè)，在這一焊接作業(yè)的實施過程中，現(xiàn)場管理工作難度大，涉及的焊接任務(wù)艱巨。機械切割的實施不僅可保障加工速率，更可給現(xiàn)場的操作施工帶來巨大的便捷，有利于加工標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)的實現(xiàn)。但在不銹鋼管道涉及機械加工坡口時，應(yīng)嚴(yán)格遵循機械加工的要求，開展規(guī)范化的加工處理，盡可能保障熱影響區(qū)的均勻分布。

2.3 組對點焊

不銹鋼管道焊接作業(yè)的實施中，對于卡具制作材料硬度等都有嚴(yán)格的規(guī)定，根據(jù)焊接施工經(jīng)驗，不銹鋼組對卡具制作材料硬度的要求相對低一些，在涉及管子和管件的組對作業(yè)時，必須保障內(nèi)壁的平齊性，如果為同管徑內(nèi)壁，應(yīng)保持錯邊量的均勻分布，但錯邊量不得超過1.5mm。一旦在錯邊量超出了設(shè)計規(guī)定，就需要按照相關(guān)要求及時進(jìn)行坡口的加工與處理。點焊作業(yè)的開展要配備專業(yè)的焊工來完成，并在焊接作業(yè)中開展規(guī)范化的施工，一般情況下，點焊焊縫長度需保持在15～20mm。點焊的硬性規(guī)定為：所使用的焊材與正式焊接時的焊材完全一致，嚴(yán)禁隨意使用焊材；焊接工藝需與正式焊接的焊接工藝相一致；依據(jù)管道直徑來確定點焊的數(shù)量與長度；焊接作業(yè)結(jié)束后，安排專人來對焊縫質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，一旦發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量問題，及時組織專人來處理。

2.4 過程控制

不銹鋼管道的焊接變形控制中，為最大程度上減小變形問題，可從過程控制的角度，確保每個焊接作業(yè)都可規(guī)范化實施。過程控制可從以下方面來開展：（1）對厚度偏差進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保偏差處于允許范圍內(nèi)，針對DN150mm的管口，在偏差控制上一般采用角向磨光機手動磨光，而針對DN150mm～DN300mm的管道，需對坡口開展機械加工。（2）在DN150mm～DN300mm管道的焊接處理中，需配備專用的對口夾具，將放置在管道中的馬凳固定或者連接處理為一個整體性結(jié)構(gòu)，在利用夾具組對定位的過程中，不得直接將夾具焊接在管道上。如果在焊接作業(yè)的實施中，需對焊口開展熱處理，焊接作業(yè)人員要在熱處理之前及時將卡具拆除，且在熱處理結(jié)束后，嚴(yán)禁在母材上開展任何附件的焊接作業(yè)。（3）對口作業(yè)實施前，焊接人員要對坡口管壁開展檢測，一旦坡口管壁與實際存在較大的偏差，則需在焊接作業(yè)開展時實施厚薄交叉搭配，并達(dá)到對稱錯開的效果。管道沿著圓周方向的坡口角度，應(yīng)保持大小的均勻性，將對口間隙控制在合理的范圍內(nèi)，根據(jù)工程經(jīng)驗，對口間隙一般保持在2～4mm，只有將這一指標(biāo)控制在了這一范圍內(nèi)，才可以減小金屬的填充作業(yè)。試件圓周特點位置的點焊作業(yè)開展時，為保障點焊施工效果，需在焊接作業(yè)的開展過程中，加強對點焊長度和厚度的控制，一般點焊長度、厚度應(yīng)分別超過10～20mm。（4）現(xiàn)場應(yīng)用推廣焊接不銹鋼管道采用的常見充氣方法：①“隔斷充氬氣保護(hù)法”預(yù)制短管、法蘭和彎頭及直管（短節(jié)）使用，對于局部空間較小尺寸較短的管道易使用局部保護(hù)，方法：將管道焊口用膠帶封住(防止漏氣)，管道兩端用海綿、膠皮、紙殼等封口，將氬氣軟管從一端插入充入氬氣，管道的另一端封口處最好打一小孔，這樣有利于最后的打底焊接接頭，不會因內(nèi)壓過高而產(chǎn)生凹陷等，這種措施避免了焊接大管徑管線時用氣量大，產(chǎn)生浪費。②“焊口處充氣保護(hù)法”從管匯一端開始連接或另一端從采油樹法蘭開始連接時，中間使用易溶紙、易溶膠帶隔開的組對前在焊口兩側(cè)150～200mm處貼上水溶紙作為封堵，組對好焊口后和海綿堵頭同樣的充氣焊接，當(dāng)管道水壓試驗時，水溶紙會溶解掉，隨水排出，容易掌握、方便操作，避免成本高、浪費氬氣。③“背部氬氣保護(hù)法”管徑小的管線使用整根管線連接在一起后再焊接。為了減少管內(nèi)氬氣從對口間隙處流失，影響保護(hù)效果，增加成本，焊接前可沿焊口間隙貼上膠帶，僅留出焊工一次連續(xù)焊接的長度，邊焊邊揭去膠帶，此種方法適合小管徑管線，不僅節(jié)約耗材，還能提高工作效率。

2.5 不銹鋼管道背部保護(hù)注意事項及效果判斷

（1）不銹鋼管道焊接前，應(yīng)提前對管道做背部充氬氣保護(hù)，開始流量適當(dāng)大一些，等待空氣排出后，流量逐漸減小。焊接過程中應(yīng)不間斷地向管道內(nèi)充氬氣。焊完焊口后才能拔掉氬氣軟管，這樣焊縫才能得到很好的內(nèi)外保護(hù)效果。（2）充氬氣入口應(yīng)置于封閉管道盡可能低的位置，空氣排出孔應(yīng)置于封閉管段稍高位置。因為氬氣比空氣重，從較低位置充入氬氣能夠保證管道內(nèi)氬氣的濃度，充氬保護(hù)效果更好。（3）不銹鋼管道氬氣保護(hù)效果可根據(jù)內(nèi)焊縫顏色進(jìn)行判斷，這樣，現(xiàn)場操作人員可以根據(jù)顏色進(jìn)行氬氣量的調(diào)整，使其達(dá)到最好的保護(hù)效果。不銹鋼管道焊縫其顏色以白、金黃為最好，灰黑最差。

3 結(jié)語

不銹鋼管道的焊接作業(yè)中，焊接變形問題的存在嚴(yán)重影響了最終的焊接質(zhì)量，為達(dá)到最理想的焊接施工效果，焊接作業(yè)人員要根據(jù)焊接施工要求，注重對焊接變形的有效控制，應(yīng)用及推廣工作中好的方法和措施，最大程度上提高焊接質(zhì)量，確保工程項目的進(jìn)度。