低温管道焊接施工技术浅述

饶耀华

【摘要】低温焊接是在环境温度很低的情况下进行管道焊接施工，本文通过对工程实例的分析，探讨低温环境下焊接技术的应用情况，对焊接工艺的评定及报告的出示和焊接工艺的执行等情况进行了重点探讨，为同行业人员提供参考。

【关键词】低温管道；焊接；工艺

1.工程概述

某LNG项目天然气低温管道焊接工程，管道为不锈钢材质，而且在管道内部存在易燃、易爆液体，管道设计压力很高、管径粗细规格悬殊、极不利于正常焊接。同时施工区域的天气条件恶劣，常年平均气温约在7.8℃～8.5℃，冬季平均氣温很低，约-20℃～-25℃。这就要求现场施工的焊工必须具备在低温环境下，熟练焊接各种低温性能不锈钢管的技能，其焊接的接头是否具备良好的低温韧性，就成为焊接工程质量的关键。本文以该本工程为例，介绍低温管道的焊接施工技术。

2.焊接工艺评定及焊接工艺调整

本工程除大量使用了316L和304L不锈钢管道外，还有304SS/304/316/TP321H/TP347H等不锈钢管道，管道量大、管径和壁厚等规格各不相同，但是这些管道的材质均可划归为相同组织类型的奥氏体不锈钢。为简化焊接工艺评定项目，提高焊评的覆盖率，提高焊接水平和能力，经分析研究，决定选用8mm厚的316L不锈钢板作为焊接试验母材，对不同焊接工艺进行统一的焊接工艺评定。

根据《承压设备焊接工艺评定》（NB/T47014-2011）的规定，板状对接焊缝力学性能评定合格后，板状焊接试件焊接工艺完全可以适用于其所覆盖厚度范围内的各种管道的焊接，因为焊接工艺评定的对象是焊缝，该工艺所完成的焊接接头的各种性能验证合格后，就可以互用在对接、角接、搭接等不同焊接接头和各种焊接位置的焊接中。

在实际施工中，当焊接母材的类别和组别均相同而材质牌号不相同时，如果使用的焊接工艺评定记录PQR相同，那么，就需要依据工程实际，更改提供的预焊接工艺规程PWPS，将其修订为实际施工用焊接工艺规程WPS（或焊接工艺指导书WWI）并下发执行，使实际焊接施工有科学的焊接工艺做指导。

本工程低温管道使用的各种母材的焊接工艺基本相同，可用同一份PQR+PWPS来进行焊接工艺支持，但各低温不锈钢材质有所不同，且使用不同的焊接材料进行焊接。

3.焊接工艺的确定和焊接工艺评定的实施

3.1焊接工艺评定试件及焊接工艺的确定

低温管道工程设计材料，通常采用国外进口的超低碳不锈钢材料（如347H//304L/321H等奥氏体不锈钢）以取代昂贵的低温钢。虽然不锈钢不属于低温钢，但是，其除具有低温钢的低温设计特性外，还兼具耐酸、耐碱、耐腐蚀等优越性能，而且材料本身强度高、韧性好，可以在-196℃甚至是-203℃的超低温恶劣工况中做为低温钢使用，因此越来越受到低温工程设计单位的青睐。但是，在实际施工中，从设计院到建设单位和施工监理，都会对施工单位提出很高的焊接要求，这些要求往往涵盖焊接管理和焊接施工所涉及到的各个施工环节，如焊接施工实施方案、焊接安全管理、现场设备焊材库管理和焊接施工工艺纪律管理等。施工单位要达到这些要求，必须提高焊工对不同焊接位置管口实际焊接的操作技能，因此，现场焊接工艺评定和现场焊接考试必不可少。

3.2低温管道焊接工艺

3.2.1焊接方法

现场不锈钢管道的管径、壁厚不一，根据不锈钢的焊接特点，要尽可能减小热输入量，因此确定采用焊条（手工）电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（TGAW）两种焊接方法，其中d>Φ159 mm的管道焊接采用氩弧焊打底，焊条（手工）电弧焊盖面；d≤Φ159mm的管道焊接采用氩弧焊。焊机采用电弧焊/氩弧焊两用的WSM-315（直流脉冲）氩弧焊机或者WS7-400逆变（逆变电源式）焊机。

3.2.2焊接材料

奥氏体不锈钢是特殊性能用钢，为满足接头具有相同的性能，应遵循“等成分”原则选择焊接材料，同时为增强接头抗热裂纹和晶间腐蚀能力，使接头中出现2%～3%的少量铁素体（即焊缝形成双相组织：奥氏体γ+2%～3%铁素体δ），选择型号为ER316L的氩弧焊用焊丝，手弧焊用焊条CHSO22（型号为E316L）作为填充材料。

3.2.3焊接工艺参数

因为奥氏体不锈钢对过热敏感，因此采用小电流、快速焊。多层焊时要严格控制层间温度≤60℃。

3.2.4坡口形式及装配定位焊

采用V形坡口形式时，由于采用了较小的焊接电流，熔深小，因而坡口的钝边比碳钢小，约为0～0.5mm，坡口角度比碳钢大，约为65°～70°。

由于不锈钢热膨胀系数较大，焊接时会产生较大的焊接应力，因此要求采用严格的定位焊。一般d≤Φ89mm的管道采用两点定位，Φ89～Φ219mm的管道采用3点定位，d≥219mm的管道采用4点定位；定位焊缝长度为6～8mm。

3.3焊接工艺评定和焊接操作技术要求

（1）焊条（手工）电弧焊时焊机采用直流反接，手工钨极氩弧焊时采用直流正接。

（2）焊前用不锈钢丝刷刷掉焊丝表面的氧化皮，并用丙酮清洗；焊条应在200℃～250℃温度下烘干1h，随取随用。

（3）焊前将工件坡口两侧25mm范围内的油污等清理干净，并用丙酮清洗。

（4）氩弧焊时，喷嘴直径为Φ2mm，钨极为钵钨极，规格为Φ2.5mm。

（5）氩弧焊焊接不锈钢时，背面必须充氩气保护，才能保证背面成形。采用在管道内局部充氩的方法，流量为5～14L/min，正面氩气流量为12～13L/min。

（6）打底焊时焊缝厚度应尽量薄，与根部熔合良好，收弧时要成缓坡形，如有收弧缩孔，应用磨光机磨掉。必须在坡口内引弧、熄弧。熄弧时应填满弧坑，防止弧坑裂纹。

（7）由于316L等不锈钢均为奥氏体不锈钢，为防止碳化物析出敏化及晶间腐蚀，造成严重贫铬（刃蚀），焊接实施过程中应严格控制层间温度和焊后冷却速度，要求焊接时层间温度必须控制在≤60℃，即低于60℃以下。

（8）因为焊接接头总是处于管口局部高温状态，为保证层间温度合理，焊后必须立即水冷，同时采用分段焊接。这种对称分散的焊接顺序，既可增大接头的冷却速度，又可减小焊接应力。

4.低温管道工程焊接实际焊接效果

上述焊接工艺经榆林靖边某LNG项目天然气调峰工程中的低温管道工程实际应用，焊接效果如下：

（1）外观检查无气孔、焊瘤、凹陷及咬边等缺陷，成形良好。目视检验100%合格。

（2）无损检测，RT和UT，焊口合格率达到98%。

（3）对焊接工艺试件和焊接考试试件分别进行拉伸、弯曲试验，各项力学性能指标均满足要求，未发现未熔合和裂纹等缺陷。

（4）宏观金相检验，发现焊道根部以及整个接头均熔合良好，熔深为1～1.5mm。微观金相检验，其母材及热影响区都是全奥氏体组织，焊缝金属为奥氏体γ十铁素体α（2%～3%≤4%）组织，完全满足抗晶间腐蚀和抗脆化的要求，保证了焊接工程质量。

（5）采用光谱分析母材和焊缝成分，均符合标准规定。

（6）经焊缝应力腐蚀试验，腐蚀速率符合规定；腐蚀后弯曲试样合格，均符合规定。

5.结束语

通过榆林靖边某LNG天然气调峰工程中低温管道的焊接实践，证明了该焊接工艺科学性强，同时兼顾了野外施工的特殊性和经济性，合理而可行，可以在类似工程中大力推广并应用。

参考文献

[1] NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定. 2011

[2] TSG Z6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则.

[3]张骏，方平，姚晓春，黄志辉. 焊接工艺评定标准研究[J]. 南昌工程学院学报. 2009（06）

[4]徐世雄. 承压设备焊接工艺评定失误原因分析及对策[J]. 机电技术. 2010（02）