由于不銹鋼具有膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，焊接質(zhì)量較難保證。在西氣東輸工程煙墩壓氣站二期，不銹鋼管焊接焊縫達(dá)800余道。本文結(jié)合施工實(shí)踐中不銹鋼管焊接出現(xiàn)的質(zhì)量問題，提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。
2010年5月我單位承接了國家西氣東輸工程煙墩壓氣站二期工程。該工程建設(shè)的目的是提高煙墩站的天然氣輸送能力，確保管道的壓力。該工程中潤滑油管線、儀表風(fēng)管線以及壓縮機(jī)撬間管線等均采用不銹鋼管，共計800多道焊口。焊縫背面成形的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行工況，背面焊縫凸起影響工質(zhì)流動，焊縫凹陷則會積累管道中的滯留物，造成腐蝕，最終導(dǎo)致腐蝕穿孔或腐蝕開裂。因此，嚴(yán)格控制和確保焊接質(zhì)量是保證煙墩壓氣站工程質(zhì)量的關(guān)鍵。我公司在施工中采用了手工鎢極氬弧焊接工藝，確保所有焊口質(zhì)量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。焊接的800多道不銹鋼焊口全部達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)滲漏、變形等缺陷。本文將煙墩壓氣站施工中不銹鋼管材質(zhì)量控制一些實(shí)踐，加以總結(jié)，與同行探討。
西氣東輸工程煙墩壓氣站二期，不銹鋼管道的材質(zhì)多為TP304，焊接工藝流程如下：坡口打磨→對口→固定→焊口自檢→監(jiān)理檢查→焊口點(diǎn)焊→焊口滿焊→外觀檢查→探傷。由焊接工藝流程可知，焊前和焊接中的工藝控制是整個焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵，焊后的焊接質(zhì)量矯正作用十分有限。
1不銹鋼管焊接變形原因及質(zhì)量控制
1.1變形原因分析
不銹鋼管道焊接變形有以下三方面原因[1]：
（1）不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較大（奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)比碳鋼大50%），導(dǎo)熱慢，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力控制不當(dāng)，易產(chǎn)生變形；
（2）在焊接中，由于不銹鋼熔池流體粘性大，焊接困難，施焊時往往需增大焊接電流，線能量的增加易產(chǎn)生焊接變形；
（3）焊接中點(diǎn)焊、固焊的長度和數(shù)量不夠，施焊的順序不當(dāng)?shù)纫踩菀滓鹱冃巍?/span>
1.2變形的危害
對口后的預(yù)制管材，在安裝時因?yàn)樽冃味鵁o法正常安裝（特別是存在法蘭或彎頭等管件時，變形對正常施工影響更大），致使割除焊口進(jìn)行返工，影響正常施工進(jìn)度。
1.3變形的質(zhì)量控制
（1）嚴(yán)格控制厚度偏差
對口前，實(shí)測管道坡口壁厚，如有偏差，則厚薄交叉搭配，對稱錯開，盡量減少由于壁厚偏差引起的變形。管道沿圓周方向的坡口角度大小應(yīng)均勻，盡量減小對口間隙。在煙墩壓氣站，不銹鋼的焊接工藝規(guī)范為：對口間隙(2~3)mm，坡口角度75±5°，以減少填充金屬。在試件圓周如1點(diǎn)和11點(diǎn)位置進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長度不小于10 mm，厚度不小于3 mm（見圖1）。
（2）采用夾具固定對口
根據(jù)管材的不同，設(shè)計了簡單實(shí)用的管材固定夾具。即根據(jù)管材的形狀不同合理選擇固定點(diǎn)及固定工具[2]。主要工具有可調(diào)式四點(diǎn)頂絲扣（從3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)位置固定），固定架，法蘭對口器等。
（3）反變形措施
正式施焊時，應(yīng)把管道分成4個1/4圓周，對稱施焊。當(dāng)管道d≤219mm時，一名焊工焊接，焊接順序見圖2(a)；對于d≥219mm的管道，宜對稱焊，兩名焊工施焊，且兩名焊工的焊接速度應(yīng)基本一致，焊接順序見圖2(b)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出管道的變形方向，如管道向間隙大焊道寬的方向變形等。
焊接時，必須嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范要求的焊接電流和焊接速度進(jìn)行，以確保小的線能量。不銹鋼管道焊接時，焊縫的層間溫度必須嚴(yán)格控制在100℃以內(nèi)。
2不銹鋼管焊接氣孔夾渣原因及質(zhì)量控制
2.1夾渣氣孔產(chǎn)生原因分析
氣孔是指在焊接過程中，熔池金屬中的氣體在熔池凝固前未能及時逸出，而殘留于焊縫金屬中（內(nèi)部或表面）所形成的孔穴。氣孔的形狀、大小及數(shù)量與母材材質(zhì)、焊條性質(zhì)、焊接位置及焊工操作技術(shù)水平有關(guān)。形成氣孔的氣體，有的是原來溶解于母材和焊條鋼芯中的氣體；有的是藥皮在熔化時產(chǎn)生的氣體；有的是母材上的油、銹、垢等物在受熱后分解產(chǎn)生的；也有的來自大氣。氣孔的產(chǎn)生原因是焊接電流過小，焊層過厚等都造成熔池高溫時溶解的氣體在冷卻時不能及時逸出，殘留在焊縫中形成氣孔缺陷。根據(jù)煙墩壓氣站不銹鋼管道焊接出現(xiàn)的幾處返修口的檢查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣孔的主要原因是焊速過快，焊接時風(fēng)速超過工藝規(guī)定值。
夾渣是指焊接熔渣殘留于焊縫金屬中的現(xiàn)象，是較為常見的缺陷之一，產(chǎn)生位置具有不確定性。產(chǎn)生夾渣的原因主要是操作技術(shù)不良，使熔池中熔渣在熔池冷卻凝固前未能及時浮出而存在于焊縫中。層間清渣不徹底，焊接電流過小都可能產(chǎn)生夾渣。
2.2夾渣氣孔的危害
將焊接接頭鋸開檢查會發(fā)現(xiàn)：焊縫根部有明顯的“起皮”現(xiàn)象，且外觀上顯得金屬組織非常疏松。此外，在焊接過程中還發(fā)現(xiàn)根部有明顯的“翻泡”現(xiàn)象。這將降低焊道的承壓能力。因此，出現(xiàn)夾渣氣孔不但造成返工，還對機(jī)組的安全運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，焊道不能達(dá)到工藝規(guī)定的壓力要求，特別是對高壓管線，危害更大。
2.3夾渣氣孔的質(zhì)量控制
2.3.1氣孔質(zhì)量控制
（1）使用與母材相對應(yīng)的專用焊接鋼絲。
（2）使用氬氣純度不得低于99.5%。
（3）氬弧焊焊接場地必須有可靠的防風(fēng)、防雨雪措施，以免影響氬氣的保護(hù)效果。焊件在組裝前應(yīng)將焊口表面及兩側(cè)10~15 mm范圍母材內(nèi)、外壁的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至見到金屬光澤。
（4）在手工鎢極氬弧焊打底時，焊縫背面要充氬保護(hù)，保證背面成形良好且防止合金元素的氧化、燒損。
（5）嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接。在點(diǎn)固焊時，不能按照常規(guī)只點(diǎn)焊2點(diǎn)，而應(yīng)沿管四周均勻點(diǎn)焊4~5點(diǎn)，每點(diǎn)長度5~10mm，以保證焊接過程中對口間隙不會因焊接拘束應(yīng)力而變小。
（6）采用冷水強(qiáng)制降溫的辦法，即焊工在施焊時，旁邊放上一桶冷水，每焊完一層焊道就用浸透冷水的棉紗頭擦試?yán)鋮s焊縫，使焊縫金屬的溫度驟降至100℃后再進(jìn)行下一層道的焊接。這樣可盡量減少焊縫金屬在400~550℃溫度區(qū)間的停留時間，減少產(chǎn)生475℃脆性的機(jī)會。同時，因?yàn)椴讳P鋼的延展性良好，水冷降溫一般不會產(chǎn)生裂紋。
2.3.2夾渣質(zhì)量控制
（1）焊接過程中，要始終保持清晰的熔池，必須分清熔渣與鋼水。
（2）焊接時不要將電弧壓得過底，當(dāng)熔渣大量地蓋在熔化鋼水上面，分不清鋼水與熔渣時，要適當(dāng)?shù)乩L電弧，利用增加的電弧熱量和吹力將熔渣順利地吹到旁邊或淌到下方。
（3）發(fā)現(xiàn)母材上有污物或前條焊道上有熔渣未清除之處，則焊到該處時要將電弧拉長，并稍加停留，使污物或熔渣再次被熔化吹走，待母材或前條焊道得到較好熔化時，再進(jìn)行焊接。
（4）焊接過程中，當(dāng)前條焊道在熔化時有黑塊或黑點(diǎn)出現(xiàn)時，表明前條焊道有夾渣，此時應(yīng)拉長電弧將該處擴(kuò)大和加深熔化范圍，直至熔渣全部浮出。
（5）在焊接參數(shù)范圍內(nèi)，適當(dāng)增大焊接電流，可有效減少夾渣缺陷出現(xiàn)的幾率。
3其他影響焊接質(zhì)量的缺陷
影響不銹鋼管道焊接質(zhì)量的因素還有晶界腐蝕、未焊透、裂紋、燒穿及漏焊、飛濺、弧坑、焊瘤和咬邊等，這幾種焊接缺陷在煙墩站的施工作業(yè)過程中未曾出現(xiàn)，但也是影響焊接質(zhì)量的因素，施工過程中也必須加以重視和預(yù)防。
4總結(jié)
本文以TP304不銹鋼管材為例，對煙墩壓氣站曾出現(xiàn)的變形、夾渣、氣孔等不銹鋼管焊接缺陷產(chǎn)生的原因、危害及質(zhì)量控制進(jìn)行了闡述，得出以下結(jié)論：
（1）嚴(yán)格控制厚度偏差，采用夾具固定對口和反變形法是防止不銹鋼管焊接變形的主要途徑。
（2）使用與母材相對應(yīng)的專用焊接鋼絲，手工氬弧焊打底、充氬保護(hù)等可有效降低氣孔夾渣的產(chǎn)生幾率。
（3）嚴(yán)格按照不銹鋼焊接工藝規(guī)程實(shí)施作業(yè)是控制不銹鋼管材焊接缺陷的重要途徑。
（4）由具有較高焊接技術(shù)的焊工進(jìn)行不銹鋼管材的焊接施工是控制不銹鋼管材焊接缺陷的必要條件。