压力管道焊接缺陷成因及对策研究

王家骏

凉山州综合检验检测中心 四川 凉山 615000

引言

当前，作为我国五大交通运输系统之一的管道运输已经取得了非常巨大的进步，这对于我国的工业生产至关重要，为我国国民经济的发展提供巨大助力。正因如此，管道的安装质量和运行维护工作是至关重要的。在特种设备行业中，压力管道安装时会遇到很多问题，比如大多数情况下压力管道的施工环境是比较复杂的，有的会经过人员密集区域，有的会穿过学校、医院等重点场所，还有的需要跨越河流甚至湖泊，因此很多时候都不具备适合的工作环境和条件，施工时很容易受到外部因素的影响。虽然就管道焊接能力来看我国已经有了非常成熟的体系和工艺，但是在实际情况中对一些特定压力管道进行焊接时还是不能完全保证高质量完成，这也是压力管道的焊接质量受到关注的原因。

1 压力管道焊接工艺

1.1 定位和组对

管道的焊前定位和组对工作是管道焊接工作中颇为重要的一环，它在整个焊接工作中起到基础性作用，对焊接的质量产生非常大的影响，所以我们应该首先做好定位和组对工作，这将对于形成良好的焊缝起到促进作用。在焊接过程中组对的间隙是否符合规范要求是组对工作的重要参考指标，管道的同心度也会受到管道定位工作的影响，这些工作中的误差应该控制在1.5mm内[1]。

1.2 焊材的烘烤

在焊接时，温度和时间对于焊接工艺来说是非常重要的，不同的焊接材料所需要满足的时间和温度条件也会有不同的要求，因此在焊接前需要进行焊材烘烤的工作。在进行焊材烘烤的时候，要对时间和温度进行记录，这对于保证焊接质量的稳定是非常重要的。如果使用的温度远高于要求，就会非常容易使焊接材料发生氧化，出现材料过早分离的情况，导致材料的表面失去保护。与之相反的是，如果使用的温度过低，就会造成焊接材料还保留有一些水分，这些水分就会造成焊接接头出现气孔或者裂纹。不仅如此，在进行焊接的时候，温度和时间也应该匹配，当然在这二者之间温度是更为重要的。这是因为即使对焊接的时间进行延长，然而在温度没有达到要求的情况下，同样不能得到良好的焊接效果。在温度选择方面，呈现酸性的材料一般选择150℃～250℃之间，而对于呈现碱性的材料来讲则需要选择温度在350℃～400℃之间，在时间上都选择1～2h[2]。

1.3 焊接过程中的控制

负责焊接的持证作业人员在进行焊接工作之前就应当对整个工艺流程认真学习掌握，严格控制原材料和焊材质量，弄清焊接要素和焊接方法。不仅如此，负责焊接的人员在焊接工作开始前就需要对工艺参数以及操作条件进行确认，前者包含了组对间隙、坡口形式、焊接的层数、速度、使用材料、电压、电流等条件，后者则包含了焊接顺序、焊接方法和角度等。除了这些条件外，进行焊接工作的人员也应该在焊接过程中持续检查，及时对出现的问题进行处理，严格按照WWI施焊，保证整体的焊接质量。

1.4 焊后检查

在焊接完成后，要对焊缝的表面质量进行检查，这一步骤要在开展无损检测和耐压试验之前进行。检查标准以及检查方法都应该明确到焊接流程中，都需要满足相应的施工要求，在进行记录的时候要按照事实进行，不能出现违规操作。焊件达标的前提就是不能有裂纹或者气孔等肉眼可见的缺陷出现在焊件之上，施工单位也需要对接头的错边量、咬边等情况进行检查。

如果这些方面出现问题，还需要对之前的检查结果进行复核，找到其他存在的问题。如果怀疑缺陷出现在焊接接头比较深的位置，就需要结合RT底片和报告分析问题出现的位置和原因。

2 压力管道焊接缺陷的基本类型

2.1 焊接夹渣

在进行焊接工作的时候，比较常见的缺陷就是焊接夹渣。一般会出现两种情况：金属夹渣和非金属夹渣，表现的形式也不一样，可能会出现斑点状缺陷、条纹状缺陷等。结合相关的资料和研究我们可以发现，于焊缝内深埋的斑点状焊接夹渣和条纹状夹渣属于压力管道焊接中最多见的一类夹渣，针对此类焊接夹渣的断层进行检查，能够看出其形状通常为类似椭圆形滑面。

2.2 焊接气孔

在对压力管道进行焊接的时候，可能会出现焊接气孔。气孔缺陷是一种体积形缺陷，因占据了焊缝金属一定的体积，所以使焊缝的有效工作截面面积减小，导致焊缝的力学性能降低，尤其是焊缝的弯曲和冲击强度等塑性指标降低。气孔可能造成应力集中，甚至成为焊缝裂纹源，同时，由于气孔缺陷超标造成返修次数增多，影响产品质量，增加成本。

2.3 未焊透或未熔合

在进行焊接工作时，母材金属未熔化，导致焊缝金属没有进入接头根部的现象，就是未焊透。而未熔合主要指的是焊缝金属与母材金属或者是焊缝金属之间未能够完全熔化、结合所形成的缺陷。未熔合具体表现为面积缺陷，在坡口未熔合或者根部未熔合的情况下很容易出现承载截面积大幅度的减小问题，造成严重的应力集中和接头强度降低，因此未熔合的危害强度仅次于裂纹。

2.4 焊接裂纹

焊缝表面或内部熔合位置的原子结构形成了原子层，而层面上的晶体中粒子之间存在着相互作用力影响，若作用力不规则，则易在焊缝处产生裂纹。裂纹对压力管道来讲属于非常致命的缺陷，所以裂纹缺陷通常是压力管道发生事故的主要原因。焊接裂纹通常分为以下几类：焊接热裂纹、焊接冷裂纹、再热裂纹、应力开裂裂纹、应力腐蚀裂纹和其他性质的裂纹等形式。

3 压力管道焊接缺陷成因

3.1 夹渣

在焊接过程中，一是电流参数较小，金属熔池受热缓慢并且温度较低的情况下，熔化金属和熔渣所得到的热量不足，使其流动性降低，而熔化金属凝固速度快，熔渣来不及浮出；二是金属焊条通常分为酸性焊条和碱性焊条，不同的焊条类型对电流的要求不尽相同，如果在电流调节上不规范合理的话，特别是使用碱性焊条时，若熔渣未除净，就更容易产生夹渣；三是由于压力管道的结构特殊性，很多压力管道焊接接头采取双层或是多层结构，在多层焊接时如果未对每层焊接表面进行及时彻底的清理，助焊剂或是残余物就会遗留在焊缝处而形成夹渣。

3.2 气孔

出现气孔的原因主要是焊接材料经焊弧加热而逐渐融化成为一种池状的熔融物，存在于其中的气体在这些熔融物冷却凝固之前没有及时排出，这些气体就会留在焊缝之中，并在其中产生空洞，或者有其他一些途径形成焊接气孔。这些焊接气孔中主要的气体是H2或者CO[3]。针对存在焊接气孔的部位，通常情况下，均具有锈蚀痕迹或污染痕迹。焊接气孔产生的物理因素通常是由于焊条未能完全烘干，因焊弧热而熔化成池状的母材部分的冷却速度高于预期导致残留气体来不及逸出。通常来讲，焊接气孔大部分散布于焊缝接近管道表面部位，同样属于导致压力管道外表面裂纹出现的关键因素。

3.3 未焊透或未熔合

焊工焊接技术不熟练是主要原因。如，选用焊接电流过大时母材还未熔化，焊条已熔化，导致母材与焊条熔敷金属未熔合在一起；当选用过小电流时，运条的速度过快，使母材与焊条的熔敷金属未能很好地熔合；或是在焊接时焊条的角度不正确，熔池偏向一侧或焊接时产生偏吹现象，都会在电弧作用不到之处形成未焊透或者未熔合。在进行实际焊接的时候，还通常因为焊接人员没有完全按照施工的要求进行操作，出现了违反工艺参数施工的情况，这样就导致了普遍未焊透、未熔合情况的发生，在对这些现象进行分析之后发现原因之一是管口形状不规则[4]。

3.4 裂纹

不同类型的裂纹产生机理也各不相同。热裂纹是母材在焊接过程中，焊缝金属因热胀冷缩发生变化，但焊缝周边的冷态金属部分变化幅度较小，对膨胀部分产生约束作用，焊缝在周边热区的影响下出现压缩应力，并随着焊接时间的延长、热点不断前移，整个焊接接头温度下降不一致，焊缝金属收缩速度不同步，因此产生热裂纹。而冷裂纹是焊接接头冷却到马氏体转变温度，即Ms线附近，在氢、残余应力以及淬硬组织的共同作用下产生的。冷裂纹具有延迟性，容易造成重大危害。

4 解决压力管道焊接缺陷的对策

4.1 针对错边或偏心的解决方法

在进行焊接工作的时候，出现错边或偏心现象是很常见的事情，但要尽可能避免错边、偏心现象的发生。在实际操作时需要严格按照标准和工艺的要求进行施工，主要是施焊前定位及组对的工艺和方法的实用性，并对施工过程中出现的问题进行控制和改进，尽可能将这些问题控制在能够进行调整或者校准的范围内。

4.2 压力管道焊接表面的气孔和夹渣控制

在实际的压力管道焊接工作中，焊接表面时常会出现一些夹渣或者气孔缺陷，这些问题都会影响焊接接头的质量，在施焊过程中要针对其产生原因做针对性检查，并在焊接完成后对整个接头进行焊后检查，这是非常重要的工作环节。对那些存在比较严重问题的接头进行重新焊接，保证焊接的高质量完成[5]。只有高的质量才能保证管道有良好的使用效果，这直接关系到管道运输的安全性。

4.3 未焊透或未熔合的质量控制

在进行焊接的时候，应该严格按照已评定合格的WPQ所编写的WPS，制定的WWI进行焊接，在根部、坡口或者层间以及焊缝其他的位置出现未熔合现象时，经无损检测发现问题后立即进行针对性补救，这样才能够保证工程的有效质量，在日后的使用中才能够保障安全。

目前，解决这个问题最有效的方式就是补焊，在进行补焊时一定要对整个过程严格把控，从缺陷的消除到补焊的工艺，如果再次产生相同缺陷，应考虑是否需要更换焊接工艺。在进行焊接的时候发现规定范围内允许的未焊透现象，根据规定是不需要进行返修的。

4.4 裂纹

裂纹对压力管道而言是最为危险的一种缺陷，会对管道的使用产生巨大的负面影响。一般分为以下几种情况：第一，如果是表面浅层的裂纹可以采用打磨消除的方式来解决；第二，如果出现的裂纹在打磨后形成的凹坑长度或者深度超过了规定的范围值，那就需要使用补焊来处理；第三，如果在使用中发现有严重危害管道安全运行的裂纹出现，就需要将该道焊缝完全清除后，重新采用合格工艺进行焊接。如果条件允许，有一些在使用中未对管道安全造成危害的微小裂纹可以暂不进行处理，这样就能够对裂纹出现和发展的规律进行总结研究，并且将其趋势进行记录，在日后的工作中防止类似情况的发生。

5 结束语

综上所述，在对压力管道进行焊接作业时会遇到多种多样的焊接环境和技术问题，不仅要在地面或坑底工作，更可能会出现高空作业的情况，但是，保证高的焊接质量是焊接工作的第一要求。在管道的焊接工作中，每一环的工作都与下一环息息相关，任意一环出现问题，都会对整体工作的完成度和安全质量造成影响，对特殊压力管道焊接时更为明显，其焊接质量会对工程安全、国家财产甚至是人民生命和财产相挂钩。因此，相关工作人员特别是焊接作业人员在施工过程中要做到严格控制和管理，制定针对性策略，保证压力管道焊接工作的质量。