厚壁不锈钢管道焊接质控分析

王博 李伟刚 马尚国 李严

中核工程咨询有限公司 北京 100000

1 概述

某电站二期工程大部分系统采用不锈钢管道，工程量非常大，施工质量要求高。与国内其它电站不锈钢管道焊接不同，不锈钢管道焊口较多采用“T型”坡口，大大提高了生产效率，又由于不锈钢管道具有电阻率大、线膨胀系数大、低的热导率等特点，造成焊接工艺比较复杂，质量控制难度较大，所以焊接质量控制重点在于确保不锈钢管道焊接质量处于可控状态。

采用的不锈钢管主要有俄供不锈钢管08X18H10T和中供不锈钢管321（包括TP321、WP321、F321），均属于低碳级（0．03%＜质量分数WC≤0．08%）奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢在常温下具有良好的力学性能和焊接性，内部显微组织为奥氏体的组织结构或奥氏体+少量铁素体的组织结构，在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性和良好的耐热性，焊态下奥氏体不锈钢接头有良好的韧性和塑性[1]。

2 焊接工艺方法选择

不锈钢管道焊接主要采用TIG或TIG+SMAW的焊接方式，壁厚δ≤6mm时，采用TIG，壁厚＞6mm时，采用TIG+SMAW的方法，TIG焊接可以代替TIG+SMAW焊接。

因本文所述为大厚壁不锈钢管道焊接，故选用钨极氩弧焊进行打底、焊条电弧焊填充、盖面的工艺进行焊接施工，即TIG+SMAW焊接法。在保证焊接质量的同时，保证了生产效率[2]。

3 先决条件检查

先决条件检查从人、机、料、法、环五方面进行。

（1）检查焊工、无损检验人员等是否按照相应标准考核合格并取得相应的资格；

（2）检查焊接设备及仪表等是否进行标定，且在标定的有效期内；

（3）检查管道、焊材是否已经验收合格，焊接用氩气等是否满足相关标准的要求；

（4）检查所使用的焊接工艺评定是否通过编、审、批，是否已制作相应的焊接工艺单；

（5）检查焊接环境是否满足焊接需求等。

4 焊接控制

4.1 母材准备

（1）在组对前，所有部件要有标识且与施工图纸相符；

（2）对于厚度不同的两个部件的对接接头坡口，应加工成平稳均匀过度的斜面；

（3）组队前必须清理坡口相邻两边至少20mm内的锈迹、油迹，破口尺寸、表面质量和形状应符合图纸要求。

4.2 母材的组装、组对

（1）在进行管道组对时，可以使用管卡进行组装，但应保证径向间隙分布均匀，轴向间隙应满足≤0．3mm的基本要求。

（2）在进行壁厚＞6mm管道组对时，允许使用点固块进行临时固定，点固块的材质应为不锈钢，固定位置离坡口处的距离应至少为60mm。在去除临时性工艺固定时，需使用机械加工的方式去除定位焊缝金属，应对定位焊缝做适当的修磨。清除临时性工艺后，应对定位焊缝部位进行液体渗透，确保定位焊部位无裂纹等缺陷。

（3）管道组对时，点焊焊缝应由具有正式焊缝资格的焊工进行施焊，点焊时使用的工艺应与正式焊缝工艺相同。焊缝厚度为4-12mm时，单个焊点长度为10-20mm，焊缝焊点厚度为3-6mm，焊点的间距为50-100mm，焊点应该沿圆周分布均匀；焊缝厚度为＞12mm时，单个焊点长度为15-30mm，焊点焊缝厚度＞6mm，点焊的间距为100-300mm，焊点应该沿圆周分布均匀。

（4）点焊完成后，焊工需对点焊焊缝进行自检，检查点焊焊缝是否存在气孔、缩孔、裂纹等缺陷，若发现缺陷，应立即处理。

4.3 背部充氩保护方式

电站不锈钢管道焊缝对焊缝的背部质量要求非常严格，若背部不进行保护或保护不到位，焊缝根部熔敷金属在高温情况下极易被氧化，导致合金元素的烧损，会造成接头成形不良，力学性能不合格，影响焊缝的整体性能。为了确保不锈钢管道焊缝背部焊接质量，手工钨极氩弧焊打底焊道的最初两层焊缝（包括氩-电联合焊接时打底焊缝）需进行背部充氩保护。

4.4 焊接过程控制

（1）焊接环境。奥氏体不锈钢焊接时对环境有较高的要求，现场环境无法满足焊接要求时，需要采取有效的防护措施以满足施焊条件，否则禁止进行施焊。焊接区域温度需大于-5℃，环境温度过低，会导致焊缝快速冷却，导致裂纹等缺陷；焊接环境湿度小于90%，TIG焊时风速小于2m/s，SMAW焊是风速小于8m/s，风速、湿度过大，会导致气孔等缺陷的产生。

（2）焊接注意事项[3]。

①厚壁不锈钢管道焊接采用TIG+SMAW方法，焊接接头等级应满足相应程序，应严格按照选用的焊接数据包进行焊接。

②在SMAW时，需要在母材坡口旁加盖防火布，防止管道母材被飞溅损伤。

③为了控制焊接变形，确保不锈钢管道焊接质量，应合理安排焊接顺序，焊缝的起弧处和收弧处不得重叠。

④焊接时应尽量采用低的热输入、窄焊道、短电弧的焊接方法，严格控制层间温度低于100℃。

⑤每一道焊缝焊接过程中因各种因素导致焊接中断，均需对焊渣、气孔、飞溅等影响后续焊接的缺陷进行清除，缺陷处理后应保证平稳过渡。

4.5 焊缝外观检查

厚壁不锈钢管道焊接完成后只需采用机械打磨清楚焊缝表面缺陷，但应保持焊缝原始状态，焊缝的宽度、余高应满足相应程序要求。使用相应无损检测标准对焊缝进行检查。

5 结语

电站奥氏体不锈钢管道工程较大，导致劳动强度大，且施焊环境较差，管道焊接质量要高，焊接过程对焊工技能要求较高，另不锈钢具有热导率小、线胀系数大、电阻率大的特点，现场质控过程中从人、机、料、法、环五个方面进行质量把控，电站不锈钢管道焊接具有良好的合格率，特别是厚壁不锈钢管道，焊接射线检验一次合格率接近100%。