燃气工程中管道焊接施工工艺要点分析

2021-04-10叶剑

新型工业化 2021年4期

关键词：焊条燃气管熔池

叶剑

（金华新奥燃气有限公司，浙江金华 321017）

0 引言

燃气工程是城乡现代化建设中的重要工程，在社会不断发展的背景下，燃气工程中管道焊接也需跟随时代脚步，提高燃气工程施工工艺，保证管道焊接施工质量，才能提升燃气工程的质量。

1 燃气工程管道焊接概述

燃气工程中管道焊接施工工艺涉及的范围较为广泛，包括焊接工艺文件、焊接信息参数、焊接人员技术等多个方面，都会在一定程度上影响燃气管道的施工建设。一般情况下焊接工艺都是由专业技术人员执行，除了焊接试验、工艺评定外、施工中的指导和改进外，使用新型焊接材料与技术也需要对焊接工艺进行规划，以焊接工艺文件为基础，确保燃气管道焊接施工过程能够严格按照相关工艺文件进行，施工人员需明确相关工艺要点，以此确保焊接施工的顺利展开[1]。

2 管道焊接前期准备

2.1 焊接材料准备

焊接工艺的基础是由焊接材料来决定的，优秀的焊接工艺遇到劣质的焊接材料也是“巧妇难为无米之炊”。燃气工程管道焊接施工所选用的焊接材料必须符合相关制造标准，有明确的生产质量证明和标记。并且焊接材料在入库保存前必须包装完好，有清晰的牌号、规格、出厂和进货日期。存储管理应分类明确，每包焊材都应贴上相应的标签，置于干燥、避风的室内进行保管，禁止将焊接材料露天放置，也需定期检查焊接材料是否有发生老化、受潮、锈蚀等问题，及时进行处理。

2.2 焊接过程规划

燃气工程管道施工中，为确保焊接施工工艺的有效开展，避免其他因素对焊接施工的影响，需提前对焊接施工过程进行规划。首先需对焊接管道的施工环境进行观察，例如在一些工厂中的燃气工程施工环境较为复杂，需要提前做好安全防控措施，避免安全隐患的出现。或是燃气管道周围存在其他管道，需要额外设计焊接流程编制施工方案。其次，选择最为适合的焊接工艺是提高燃气管道质量的基础，根据施工环境的具体情况选择合适的施工材料和施工技术，对管道接口的焊接工作进行规划，才能为实际焊接提供帮助。最后，在燃气管道焊接过程中也会因为接口处承受较大的焊接电流而出现内凹现象，需要提前对相关工艺进行调整，以减少各种问题出现的可能性。

2.3 焊接性试验

在确保焊接材料以及焊接规划后，便可对焊接工艺进行试验评定，最终确认施工工艺的可行性。通常会对管道焊接采用三种工艺评定试验，以此检测管道材料在限定的施工条件下焊接能否符合规定设计要求并满足预定的使用情况。第一种是抗裂性试验，主要用于评定焊接接头处工艺是否有缺陷，为制定合理的焊接工艺提供数据参考。可以选用焊接热裂纹试验、焊接冷裂纹试验、焊接再热裂纹试验和层状撕裂等方式，在特殊管道施工中还需进行抗气孔和焊接测氢试验。第二种是评定接头或结构的适应性试验，需要根据实际管道工程结构和设计要求进行制定，评定拉伸、弯曲、高温性能、低温性能、抗腐蚀、耐磨性等多种试验内容，这类试验可以根据数据资料的积累和过往经验与规律的基础上采用快速试验，以缩短准备周期。最后一种是对试件进行无损探伤和热处理评定，通过开展机械性能、化学成本等试验，将一些劣质或不符合标准的管道剔除，以保障管道的稳定性。

3 管道焊接施工工艺要点

3.1 引弧与起焊

引弧是在焊接施工中利用焊接材料引燃电弧的方式，主要有划擦法和直击法两种。无论何种引弧方法都是在视野不清，工作条件较差的环境中进行的，需要高度的注意力和熟练的施工技术。划擦法需先将焊条对准焊件，再用焊条轻轻划擦焊件表面10～20mm，就像划火柴一样引燃电弧，然后迅速将焊条提起2～3mm，使其稳定燃烧。直击法则是用焊条对准待焊接部位轻轻触击，并将焊条适时提起2～3mm，即可引燃。燃气管道的引弧动作要快，避免焊条粘连在管道上，而焊缝的起头处于焊接的开始部分，焊件本身的温度较低，引弧后也无法迅速使焊件的温度升高，可以在引弧后稍微拉长电弧对工件预热，以避免出现融合不良或夹渣问题。并且要注意在斜仰焊位置上应处于半打穿状态，而立焊或平焊则可使用顶弧方法进行焊接。引弧与起焊施工要稳定和准确，而断弧要迅速果断，以此避免焊接部位出现内凹现象。此外，在引弧与起焊过程中需注重四项要点。第一，引弧后的电弧长度不应超过焊条的直径，引弧力度不能过大，防止引弧端破裂。第二，引弧不能随意在焊接材料上打火，尤其是燃气管道所使用的钢材可能会受电弧划伤而引起淬硬或微裂。第三，引弧操作中焊条若与焊件连接到一起，需立即将焊钳取下，等待焊条冷却[2]。第四，燃气工程焊接的引弧点和焊钳夹严禁放置在精密设备仪表的壳体上严禁带仪表焊接。

3.2 四种基本焊接位置

仰焊作为四种基本焊接中最为困难的一种焊接方式，由于自身焊件位置和焊条熔滴金属重力，都会影响熔池金属的变化，很容易造成仰焊时焊缝背面产生凹陷，正面焊接管道出现焊瘤。仰焊作为消耗体力大、难度最高的焊接方法，在施工中有诸多要点。仰焊一定要保持正确的操作姿势，焊接点不应处于作业人员的正上方，应该在上方偏前的位置，且焊缝应偏向操作人员的右侧。需采用小直径焊条、小电流焊接与短弧焊接的操作方式，以便于熔滴平稳过渡。焊条角度应于焊接材料处在60～80°之间，运条的摆动轨迹不超过45°。若燃气管道是不开坡口的对接仰焊，可以采用直线形运条，尤其是多层多道焊更应采用直线形运条。如果熔池温度过高，需将电弧稍稍抬起，等待熔池温度降低后再继续操作。仰焊过程中作业人员会受到较大的重力作用，必要时应当以双手握枪进行焊接，以维持平稳。

相比较仰焊，平焊是处于水平位置或倾斜角度不大的施工，俯视工件的焊接工艺最为容易。平焊操作技术比较容易，生产施工效率高，在燃气工程的管道施工中应尽量选择平焊。平焊需正确控制焊条角度，使熔渣与液态金属分离，防止熔渣前流。平焊操作简单，在管道焊接中也会遇到搭接、角接、T形等焊接形式，在实际焊接过程中需根据设计要求适当调整焊条角度，保证工件受热均匀。

其余两种焊接就是横焊和立焊，这两种焊接方式在燃气管道的焊接施工中应用较少。两者的共同点是在焊接过程中也会受到一定的重力作用，熔池和熔滴会有下坠趋势，容易产生焊瘤，并且熔渣的熔点低、流动性强，熔池金属和熔渣容易分离，不易产生夹渣。在采用短弧焊接的基础上，合理选用焊条大小，并根据管道焊件厚度确定实际焊接工艺，才能有效避免各种缺陷，使焊缝成形良好。

3.3 下爬坡与上爬坡焊接

在下爬坡焊接过程中应当压住电弧对焊条进行横摆，并且要注意幅度大小以及速度快慢，在保持焊条与管道切线80～85°倾角的前提下，应尽量减少幅度并加快速度，伴随着焊接向上运行，焊条的角度也会逐渐变大，焊接深度逐渐变浅，当端部与底边相距1～2mm时，可增大摆动幅度，并在破口的两侧进行停顿，时焊条与管切线之间形成直角。上排坡与平焊类似，在实际焊接施工中将焊条向外带出，使端部与底边相距2mm左右，有低于一半的电弧在管内燃烧，上爬坡焊接时焊条与管切线夹角为85～90°。

3.4 焊接接头

在燃气管道中有两个或两个以上的部件需要用焊接进行组合，这些部件的连接处就是接头。焊接接头由焊缝、熔合与热影响三部分组成，都会影响到最终焊接的质量。首先是焊缝部位，其焊接构成是液体金属结晶的铸态组织，成分原本不够致密，但焊接本身熔池小、冷却快，化学成分中的合金元素使其性能可以满足燃气管道需求。其次是熔合部位，是焊接接头中性能最差的成分，在熔合与热影响交接的区域是管道焊接施工中最为薄弱的环节，需要通过后续处理来提升其机械性能。最后就是热影响区，是被焊接过程中高温加热所影响的部分，大部分部位的性能较好，部分相变区域性能分布不均匀，各组织与性能参差不齐，也需要进行额外处理。在焊接接头中需要根据实际燃气管道情况选用不同的焊接方法，利用热源和温度的不同来调整接头各区域的性能，达到机械保护的效果。

3.5 PE燃气管焊接

PE燃气管道逐渐被推广应用，不仅具有良好的经济效益，而且具备稳定可靠、材料抗冲击、抗开裂、耐老化等一系列优点，不过与传统钢铁管材和聚氯乙烯燃气管相比，PE燃气管在焊接中有一定的施工工艺要求。PE燃气管道的接头方式必须通过热熔或电熔方式，并且在管道连接方法上需要满足管道制造商的要求。PE燃气管道进行热熔焊接分为四个阶段。第一个阶段是预热，由于连接件和接头都是塑料制作，需要提前进行预热加工，以保障施工流程的顺畅。第二是吸热阶段，PE燃气管材需具有相同的压力和热熔时间，来确保管材和管件焊接熔池指数保持接近。第三是对接阶段，要提前确保两个管段都能伸出一定长度，错边距离需保持在管道壁厚的10%以内，刚开始连接时可能会出现轻微翻边的情况，要根据具体情况撤销熔化压力，直到符合相对应的熔融效果。第四是对接完成阶段，为确保焊接的质量，要尽可能缩短对接阶段的周期，适当进行加压，确保塑料端面在熔融状态下的稳定，对接宽度在2～4mm后续保持压力一定时间，直到对接趋于稳定后才能减压[3]。第五是冷却拆除阶段，在不同管径的冷却时间达到前，禁止移动焊接中的管道，禁止拆除焊机上固定管道的固定夹板。第六对用于定向穿越施工的PE管道焊接后要对焊口进行100%切边检查。

3.6 焊接环境

第一无缝钢管焊接，在下列条件下无防护措施（防护棚、加热器等）严禁施焊：（1）在风速超过焊接工艺要求时，配备专用防护棚；（2）当焊接环境温度低于5℃，焊接前对管道进行加热，焊后上加盖焊口保温被的保温措施。第二PE管道的焊接环境要求，管道热熔或电熔连接的环境温度宜在-5～45℃范围内，在温度低于-5或风力大于5级的条件下进行热熔和电熔连接操作时，应采取保温、防风措施，并应调整连接工艺；在炎热夏天进行热熔和电熔连接操作时，应采取遮阳措施[4-5]。