低压碳钢管道焊修工艺研究

摘要：管道输送的优点是损耗少、占地少、污染低、运输成本低廉，各行各业得以广泛地应用，尤其是低压液体介质采用管道输送流量大、输送速度快和危险性低等优点，因此广泛用于市政基础设施，最为常见的是给水和热力管道，这些管道绝大部分是低压低碳钢管道，使用时压力低、危险危害性小，往往忽略了施工工艺或焊修工艺，导致管道使用寿命缩短或故障频发，直接影响用户的使用和系统的正常运行。本文對低压管道的焊修工艺重新进行系统地研究，得出与低压管道焊修相匹配的焊修工艺措施与方案。使管道焊修后能够极大地提升焊接质量和降低返修次数，实现管道安全、稳定、经济地运行的目的。

关键词：管道焊接;焊接应力;热处理、焊接工艺

引言

焊接工艺是最为常见的金属热加工工艺，尤其是在工业制造业和机械设备检修业中具有特别重要的地位。在实际实施过程中，经常会因为材料、工艺、以及作业技能和作业环境的影响，在管道焊修过程中会出现各种各样的焊接缺陷，这些缺陷会影响管道的安全性和可靠性。因此在管道安装或检修焊接作业过程中，要及时发现焊接缺陷并根据缺陷的情况，提出相应的解决办法，同时严格实施工艺措施，才能够保障管道的质量与使用寿命。

管道焊修常见问题概述

影响管道焊接质量的因素多种多样，主要有管道布局、焊缝位置和间距、母材和焊条的质量、焊接后热处理质量、焊接设备性能、工艺参数指定、工艺规程、焊接技能以及作业环境等。因此在管道的安装和后期的返修过程中不仅仅要考虑焊接缺陷类型，还需要考虑产生该种缺陷的因素，继而提出更加合理的返修焊接工艺。

低压碳钢管道焊修工艺研究

2.1严格实施管道单面焊双面成形工艺

单面焊双面成形是指，焊接时操作者置于焊件的一面，使焊缝的正面与背面都成形的一种焊接工艺，适用于焊缝强度不低于母材强度的焊接，此种焊接工艺用于承重与承压金属材料焊接作业，要求较为严格，并且应用也是最为普遍，尤其是管道作业此类焊接的焊工必须得进过专门的培训。从理论上熟知焊缝未焊透和焊缝背面未成形的缺陷：未焊透的焊缝厚度小于母材的厚度即焊缝的强度亦低于母材的强度是焊缝后期失效的主要原因之一，施焊时必须焊透保证焊缝的强度略大于母材的强度;背面成形是焊缝的背面成形的状况，背面成形不良会增加焊缝的焊接应力，影响焊缝的承载力。焊缝背面的高度值0≥h≤1㎜，正面高度值0≤h≥2㎜，由此可见对焊缝正背面高度值要求的严谨;若是管道焊接背面成形不良造成整体超高使环形焊缝的截面积减小影响管道的流量，小径管道尤为明显。因此焊接过程中要熟练掌握单面焊双面成形的要领与技能，时常以试件的形式对其焊接技能和焊接质量进行考核，及时发现操作技能的稳定性与可靠性。所以遵循单面焊双面成形工艺的前提是，操作者的职业素养和技能水准决定的主要因素。

2.2对焊口处进行机械加工保持熔池金属的纯洁度

低碳钢焊接时一般采用酸性焊条，这类焊条对焊缝区域内的水分、铁锈、油污等物不敏感，同时产生气孔之类的焊接缺陷概率小，就是因为具有这些工艺优点很多人忽略了金属的焊接熔池冶金过程。在热源的作用下母材表面先形成熔池然后再将焊材金属融化与母材金属融合在一起形成焊缝金属。如果对焊缝区域污物不进行清理这些污物就直接参与母材和焊材的冶金反应，这些污物对焊接冶金都是产生负面因素的物质，例如油污和水分在熔池来不及溢出便形成各种类型的气孔，其他硬质污物融于熔池亦可形成夹渣等;特别是低碳钢氧乙炔气割熔渣，其主要成分是四氧化三铁（Fe3O4），焊接时是完全可以融入于碳钢中的物质，融入后碳钢的性能彻底产生变化其强度、塑性、韧性全部降低，是导致焊缝寿命缩短的重要因素之一;再从微观冶金角度分析，金属的特性是由金属的主要成分加上一部分有益元素构成特有的金属材料性能，若参杂这么多的有害物质，势必金属的基本组成元素产生变化、金属的晶格结构也产生变化，致使焊缝焊缝金属及其性能产生变化。由此可以得出，焊缝的焊接区域在施焊前必须采用机械方式进行坡口及坡口的周围的修磨与清理，保证坡口的洁净，是保障焊接熔池纯净的前提，是保障焊接质量的根源。

2.3对焊道进行合理布局防止焊接残余应力过分集中。

焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，从而其产生不均匀的膨胀，高温区的膨胀受低温区的限制，导致焊件焊后产生了残余应力和残余变形。焊接与焊接应力是一对孪生兄弟，焊接产生应力，应力的大小取决于焊接厚度、尺寸、焊接顺序、焊接线能量等等因素，焊接残余应力集中轻则可使焊件产生变形，重则可使焊缝失效。面对如此严重的焊接危害，缺乏焊接理论知识的操作者，往往把焊缝加厚、焊缝重叠、焊缝相交、焊缝密集等误认为是焊缝强度增加，殊不知其焊接应力内在的危害和后果。以发生泄漏管道为例，泄漏往往产生在管道相互交叉连接处，这些部位管道的管径各异、三通、弯头相互交织，是各个方向的管道在此进行“碰头”处，是焊缝最为密集的区域，加之管道直径各异、管道长度不同、受力方向各异，便是焊接应力最为集中区域，因此该区域发生故障的概率最为频繁，降低故障的主要有效措施是减小焊接残余应力即，减少焊缝数量和控制焊缝间距。焊缝与焊缝的间距焊遵循：大于管径的1.5倍且不得小于150㎜，遵循这一数值要求可以极大地降低或抵消焊接应力，不至于因为焊缝密集而造成焊接应力集中产生焊缝开裂。因此管道在焊修时，应合理布局焊道、采用对称焊法、控制焊缝余高、锤击焊道、焊后回火等一系列手段来消除焊接应力，让焊缝的应力尽可能的减小，或处于松弛状态，实现焊缝的“长治久安”。

2.4对焊缝进行简单热处理

低碳钢焊接时环境温度低于0°C时，应对焊缝区域进行预热，预热温度80-100°C，其主要目的是防止焊接时产生过冷度，金属材料在结晶时产生马氏体组织，同时硬度与脆性增加塑性与韧性下降，是低碳钢焊缝最为不利的因素。所以根据施焊管道所处的的具体情况和实际作业环境，进行预热或缓冷措施对焊缝实施简单的热处理工艺，减少产生故障的概率，也可增加焊缝寿命。

三、制定与实施焊修作业标准

低压碳钢管道的焊接，为了确保焊接质量应具有相应的监督、检验与验收标准做到有章可循，严把质量关，必须做到以下几点：

焊修作业开始前制定技术方案，做到有章可循。

对焊道进行分析与评估，制定焊修措施。

焊缝布置应遵循，大于管径的1.5倍且不得小于150㎜。

焊缝焊接区域应采用机械方式进行污物处理，保障坡口和焊接区域的清洁度。

焊缝点固是应充分考虑变形量，决定点固的数量与长度。

焊接时合理选用焊材和焊接参数，并实施锤击焊道法消除焊接应力。

焊后做到让焊缝缓慢冷却。

对焊缝实施全过程跟踪与监督，实行外观检验成形宽窄均匀余高≤2㎜，表面无弧坑、夹渣、气孔、裂纹、咬边等焊接缺陷。

结束语

低压碳钢管道修焊是为最常见的检修作业，随着焊接技术的发展，焊接质量也得到了极大的提升。但是在实际作业中会受到各种工艺的影响，针对这些问题需要制定相应的克服措施，用科学的方法进行分析发生故障内在的原因，再用相应的技术进行彻底的修复，达到管道焊缝本质上的安全与可靠。采用以上的焊修工艺进行管道焊修作业，能够满足管道的技术要求，确保管道使用寿命，还能够实现管道安全、经济、稳定、长周期可靠运行。

①作者简介：王元平（1971─），高级技师。国家能源准能集团焊工技能大师，主要从事焊工技术及焊接工艺和焊接质量方面的研究。

[1] 赵芳. 热力管道焊接裂纹产生原因分析及修复工艺[J]. 河北建筑工程学院学报， 2018（2）.