炼化装置安装和检修中焊接气孔产生的原因及处理方法

杨永磊，段 强

（格尔木炼油厂 机修车间，青海 格尔木816000）

炼化装置安装和检修中焊接气孔产生的原因及处理方法

杨永磊，段 强

（格尔木炼油厂 机修车间，青海 格尔木816000）

对炼油化工装置安装和检修过程中，采用氩电联焊焊接新旧材质时产生气孔的原因进行了分析，指出母材杂质超标、工器具部件老化、环境空气潮湿且流动大、操作不当等因素是导致焊接气孔产生的根本原因。同时对导致气孔的影响因素进行了详细分析，提出了对应预防及处理措施，即减少母材杂质进入熔合区域、作业之前检查维护工器具及规范操作等。这些措施经某炼油厂现场施工论证，一次合格率保持在97.5%以上。

炼油化工装置；Cr-Mo钢管；焊接；氩电联焊；利旧材质处理；气孔；低氢操作

气孔是焊接中最常见、最难控制，且严重时可能引起泄漏的焊接缺陷之一，也是影响焊接合格率和使用性能的重要因素。导致气孔产生的因素很多，主要有母材杂质超标、工器具部件老化、环境空气潮湿、空气流动大、氩气不纯、焊材受潮以及操作不当等。尤其炼油化工装置容器和管道储存输送容器中，其介质性质非常复杂，经过长期高温连续运行，有害杂质逐渐渗入金属内部，导致焊接缺陷频繁出现。特别是在安装、检维修过程中经常会在高空进行焊接作业，防风设备设置难度大，每个部位的焊接量小于地面预制的焊接工作量，管理及操作人员很容易疏忽大意。高空焊接作业输送保护气体的皮管长且置换慢，焊工操作时不能准确判断置换情况，同样会出现大量的气孔。为了防止这些气孔的产生，除了参考标准外，还要对现场的实际情况进行分析，并且根据不同的作业环境，针对焊接气孔提供有效的预防及处理方法。

1 气孔产生原因

1.1 母材杂质超标或待熔合区有严重缺陷

炼油化工装置安装及检维修过程中，总有利旧设备或管道要进行技术改造，有的全部利旧，有的是新旧结合使用。利旧材质大部分都是储存输送过高温高压特种介质，而且介质性质非常复杂，均含有大量的S，P，H2和N2等有害杂质，经过长期的连续运行，有害杂质逐渐渗入母材，导致母材局部杂质超标。再者，目前安装、检修的整个市场各种管件需求量很大，各项目工期紧，材料要的急，厂家生产量大、时间短，所以为现场提供的个别管件待熔合区总有气孔、凹坑等缺陷，油、锈、漆等杂质容易滞留在缺陷内。渗入有害杂质的利旧材料和带有缺陷的管件，对接前打磨不彻底，未做着色检测，待焊接电弧熔合后部分杂质进入熔池就会形成区域偏析。随着熔池的冷却，二次结晶开始，杂质浓度随之变化，产生周期性的偏析也称为层状偏析，从而集中了有害元素。又因氩电联焊熔池小、冷却速度快，这些有害元素来不及溢出，残留在金属中最终形成气孔。

1.2 工器具部件老化

1.2.1 电焊机老化

电焊机是焊接行业最关键的设备，是焊接热源的重要来源，且使用率高，移动频繁，疏于保养容易导致快速老化。在安装检修现场，最为常见的老化破损部件就是焊接电流、起弧电流、推力电流等调节旋钮以及输出电缆的快速接口。这些部件不仅调节和拆卸频繁，还很容易被碰坏，使其不易调节或调节不灵敏，严重影响使用和操作，影响焊接质量。

（1）起弧电流调节旋钮损坏。起弧电流调节旋钮控制起弧瞬间的焊接电流，这一电流的选择同样要根据焊条的直径、材质以及工件的厚度而定，否则接头处就会产生气孔、夹渣、未熔合和烧穿等缺陷，所以起弧电流调节旋钮损坏或老化就会严重影响焊接质量。如果起弧电流太小，起弧瞬间的温度低，药皮来不及完全熔化，只有金属熔滴向焊缝过渡，会使空气进入产生蜂窝状气孔，待起弧以后这些气孔熔入熔池，熔池凝固过程有害气体来不及溢出，残留在焊缝中形成更多的气孔，影响质量；如果起弧电流太大，起弧温度高，形成的第一个熔池体积远远大于正式焊接的熔池体积，正式焊接电流又远远小于起弧电流时，药皮过渡量很小，不能满足第一个熔池的保护需求，使空气进入产生大量气孔残留在焊缝。工件厚度小于2 mm时还会烧穿。

（2）推力电流调节旋钮损坏。推力电流是焊接时使铁水稳定过渡、不易粘条、防止飞溅而设计的，所以其旋钮损坏或老化使推力电流不易调节，焊接过程就会频繁粘条或产生大量飞溅，尤其使用药皮较软、药皮套管较短的碱性焊条。推力电流过小，操作稍有不稳就会粘条，粘条后必须打磨，否则就会有大量的气孔残留在焊缝中；推力电流过大，飞溅大还没有药皮保护，全部粘结在坡口边缘，空气进入产生气孔，如不清理继续焊接，同样会熔入焊缝形成气孔。

1.2.2 二次电路部件和气路部件轻度破损

焊接二次电路部件和气路部件主要用于传导电流和输送氩气，只有严重损坏时焊工才会进行更换，轻度破损的情况下焊工勉强使用，也会造成焊接缺陷。

（1）焊接二次电路部件损坏。焊接二次电路是电焊机向工件传送电流的唯一路线，也是焊接必备的。该路线任何部件损坏都会导致导电不畅，使焊接电流忽大忽小，焊接电弧忽长忽短，空气进入熔池产生气孔；严重时突然熄弧，导致来不及填满弧坑产生缩孔或弧坑裂纹。尤其电焊钳、焊接电缆、快速接头都是安装检修现场破损最为频繁的部件，也经常有焊工使用这些破损部件进行施焊，但是由于没有引起人们的重视，从而影响焊接质量。

（2）气路含有水、空气或部件损坏。气路含有水、空气是氩电联焊产生气孔的主要原因之一。氩气生产厂家在充装氩气之前，气瓶没有冲洗，内部存在大量残液或空气；皮管出厂前进行水压试验时没有彻底吹扫风干，使用前没有置换，导致氩气水分超标，纯度降低，施焊时进入熔池使其产生大量的气孔，有的位于表面，有的位于焊缝内部，严重影响焊接质量。

减压器长期使用，没有及时维护清理，导致堵塞气体流量，不能满足焊接熔池的保护需求，使空气进入熔池产生气孔；或者是减压器直流流量过大，喷嘴端部形成涡流，卷着大量的空气对熔池进行保护，从而产生气孔。

1.3 环境空气潮湿且流动大

焊接作业所处的环境潮湿，会导致母材中水分超标、焊条受潮、焊丝生锈。焊前母材不预热，焊条未烘干，焊丝未除锈，焊接时在高温作用下，其水分就会分解出大量的氢气熔入熔池，产生典型的氢气孔，严重影响焊接质量。

焊接是利用高温热源将母材和填充材料熔化、从高温冷却到常温、金属由液态向固态慢慢转变的结晶过程。在这一过程中液态金属和液态药皮没有任何强度、塑性和韧性，尤其高空作业时风速都在2m/s以上，按标准氩弧焊必须防风，但是由于高空防风设施设置难度大，焊接量小于地面预制的焊接工作量，作业时间短，管理人员和作业人员往往会疏忽大意，在没有防风措施的情况下施焊，使流动的空气侵入液态熔池，产生气孔。

1.4 操作不当

（1） 管、铆工是焊工主要的配合工种，工件打磨不到位、坡口角度不够、钝边及间隙不均匀，都是影响焊接质量的关键因素。尤其工件打磨清理及烘干与焊接气孔有着密切的关系。如果打磨后仍然有油、漆、锈等杂质残留在工件表面，工件潮湿，焊接时产生的氢气就会熔入熔池形成气孔。

（2）焊工的操作尤为重要，工器具检查、引弧和收弧操作、焊条及焊枪角度、气孔判断能力，都密切关系着气孔出现的几率。工器具是施工的根本，各部件功能都关系到施工质量、进度和安全，焊接更不例外。但是，这一程序往往会被忽略，在作业之前焊工对相关的工器具不做检查，不了解工器具性能，电路和气路不做检查，有问题不能及时修复或更换，会导致焊接操作时电流衰减、电弧熄灭频繁或保护气体流量不足。气路不置换还会导致保护气体纯度降低。引弧和收弧都是焊接操作关键步骤，也是易出气孔的关键操作点，如果焊工技能欠缺，缺乏操作经验，习惯性非规范引弧和收弧，焊条角度不正确，周围空气不断侵入熔池保护不良。尤其焊接利旧材质，焊工对产生气孔的熔池状态没有判断能力，除了引弧和收弧部位容易出现气孔以外，母材杂质超标的熔合区域同样会出现大量气孔且不能及时清理，残留在焊缝中影响焊接质量。有些焊工接头或清根时用切割片打磨会形成窄而深的沟槽，使电弧不能完全熔入而形成气孔。

2 气孔防范与控制措施

2.1 减少母材杂质进入熔合区域

不论是新管件还是利旧材料，在对接之前认真打磨清理坡口及两侧各20mm左右内外表面油、漆、锈等有害杂质，使其露出金属光泽，且没有明显坑点，然后进行着色检测，检测发现可疑缺陷后，打磨继续检测，直到完全合格为止。对于长期连续储存或输送高温特种介质的炼油化工装置，以及可能渗入有害杂质的容器和管道，再次焊接之前，坡口及边缘检测合格后，根据储存或输送介质中的有害杂质特性，将坡口两侧各200mm内加热到250～650℃，保温1～2 h后，在空气中冷却到室温，部分有害杂质会慢慢溢出，性能有所还原，可以有效防止气孔的产生。再者，利旧材料焊接要选派技术好、责任心强、经验丰富的焊工先对坡口面进行大熔深的熔焊试验，检验母材渗入的有害杂质对焊接的影响和气孔产生的几率。优秀焊工操作时注意力集中，对熔池状态判断能力强，如有严重火花、气泡或其他异常现象会立即停止施焊，对其进行彻底清理，可以避免气孔的残留。

2.2 作业之前检查、维护工器具

（1）焊条电弧焊焊接作业之前需检查电焊机，以保证其正常启动和运转；焊接电流、起弧电流、推力电流等旋钮必须调节灵活，可以在焊机允许的范围内随意调节电流；输出电缆的快速接口保证完好，电缆连接以后接触良好不得松动；焊接电缆中间接头不得超过两处，且连接牢固不得严重氧化，外面要有良好的绝缘层；电焊钳和地线夹完好，能与焊接电缆牢固连接且导电良好，能牢固地夹持焊条和连接工件。

（2）氩弧焊施焊前检查减压器外观是否完好且不得堵塞，保证流量可以根据需求调节；皮管及焊枪内不得有油和水等杂物，使用前用净化风吹扫风干；为了保证气瓶内氩气的纯度，在减压器和皮管之间安装焊接氩气随机净化器，对氩气进一步过滤净化。气路联通后，用再次净化后的氩气置换皮管和焊枪，并且进行试焊来检验氩气的纯度。试焊时观察熔池，保证没有严重的火花和气泡，钨极端部呈银白色时才可以正式施焊。

2.3 规范操作

（1）作业环境空气潮湿、流动性大，对焊接有着极大的影响，必须做出相应的防范措施。空气潮湿主要是母材水分超标、焊条受潮或焊丝生锈。为了降低母材中水分含量，除了需要焊前预热的材质以外，其余材料坡口打磨检测合格以后，在坡口两侧200 mm范围内加热烘干，温度和恒温时间根据材料的成分和性质而定，温度一般为100～250℃，恒温时间为0.5～2 h为宜。焊条要严格按要求烘干，碳钢焊条或低合金钢焊条烘干温度350～400℃，烘干时间2 h；不锈钢焊条烘干温度200～250℃，烘干时间1 h。 已烘干的焊条放入50～100℃的低温保温箱存放，随领随取；从库房领出的焊条放入保温桶，现场作业时随用随取；当天领取的焊材未用完时，不允许露天存放，应该在低温箱中恒温存放，否则次日使用前必须重新烘干。焊丝尽量使用包裹铜皮且含有Si和Mn等脱氧元素的焊丝，如果焊丝生锈又必须使用时，必须打磨干净方可使用。露天作业加强防风，必须做到一个工位配备一个材质为防火毯的防风棚，高空管道作业配备骑坐式防风棚，便于固定；设备作业要做整体防风措施；管道两端管口必须封堵，预防穿堂风，避免下雨天露天作业。

（2）任何缺陷的产生都和焊工操作密切相关，气孔不论什么原因都是在操作过程中产生的。所以焊工要不断总结操作经验，提高对熔池状态的判断能力，熔池如出现严重火花、气泡等异常现象应立刻停止，彻底清除异常后方可再次引弧焊接。引弧采用擦划法，从距起焊点或接头处20 mm左右的待焊部位引燃后缓慢压低并拉到起焊点，这样可以预防长弧预热空气侵入熔池，也可以保证起弧或接头的预热温度。起弧要稳定，正确控制焊条、焊枪与工件的角度，保证送进、前移、摆动过程中弧长均匀，避免长弧焊接。收弧时要采用回焊或划圈收弧，避免反复断弧、收弧，严重粘条出现气孔；氩弧焊收弧填满弧坑后慢慢抬起电弧保证熔池完全凝固或将最终收弧点引出焊道至坡口面。焊接过程中如果出现偏弧现象应立即更换焊条，如果更换焊条后仍然偏弧，应改变接地线的连接方向，并对接头打磨清理后继续施焊。

3 结语

笔者对多年来炼油化工装置焊接质量管理及操作过程中遇到的气孔产生原因进行了分析总结，并针对不同影响因素提出了对应预防及处理措施，这些措施经过多次应用取得了良好的效果。例如，2013年某炼油厂重整加氢装置安装时，都是搬迁的利旧设备和管道，部分输送过550℃左右高温加氢汽油，管道为1Cr5Mo马氏体耐热钢管，焊接难度极大，气孔产生几率很高，参考笔者提供的预防及处理措施进行管理和操作后，最终一次合格率保持在97.5%以上。这就证实了炼油化工装置安装、检修焊接管理及操作不但要严格执行相关标准，还要不断总结改进，针对现场实际情况提供有力的预防和处理方案，才能不断提高焊接质量。

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Welding Porosity Occurrence Reason and Processing in Refining Device Installation and Maintenance

YANG Yonglei，DUAN Qiang
（Golmud Refinery Machine Repair Shop,Golmud 816000,Qinghai,China）

In this article,in view of the porosity occurred in petroleum refining device installation and maintenance by using argon-electric combined welding technology to weld new and old material,it analyzed the causes.It pointed the primary reasons caused welding porosity,including base metal impurities exceeding standard,tool components ageing,environment air humid and flow,improper operation etc.Meanwhile,it detailedly analyzed the above influence factors,and put forward the corresponding prevention and treatment measures,such as check and maintence instruments before operation,standardization operation etc.These measures were validated by site operation in some oil refinery,a qualified rate kept more than 97.5%.

petroleum refining and petrochemical device;Cr-Mo steel pipe;welding;argon-electric combined welding;utilization and processing of old material;porosity;low hydrogen operation

TG441.7

B

1001－3938（2015）10-0057-04

杨永磊（1975—），格尔木炼油厂焊接高级技师，主要从事焊接管理及设备维修工作。

2015-01-15

张 歌