由于不銹鋼具有膨脹系數(shù)大等特點，焊接質(zhì)量較難保證。在西氣東輸工程煙墩壓氣站二期，不銹鋼管焊接焊縫達800余道。本文結(jié)合施工實踐中不銹鋼管焊接出現(xiàn)的質(zhì)量問題，提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。
2010年5月我單位承接了國家西氣東輸工程煙墩壓氣站二期工程。該工程建設(shè)的目的是提高煙墩站的天然氣輸送能力，確保管道的壓力。該工程中潤滑油管線、儀表風(fēng)管線以及壓縮機撬間管線等均采用不銹鋼管，共計800多道焊口。焊縫背面成形的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的運行工況，背面焊縫凸起影響工質(zhì)流動，焊縫凹陷則會積累管道中的滯留物，造成腐蝕，最終導(dǎo)致腐蝕穿孔或腐蝕開裂。因此，嚴(yán)格控制和確保焊接質(zhì)量是保證煙墩壓氣站工程質(zhì)量的關(guān)鍵。我公司在施工中采用了手工鎢極氬弧焊接工藝，確保所有焊口質(zhì)量達到驗收標(biāo)準(zhǔn)。焊接的800多道不銹鋼焊口全部達到驗收標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)強度試驗和嚴(yán)密性試驗未發(fā)現(xiàn)滲漏、變形等缺陷。本文將煙墩壓氣站施工中不銹鋼管材質(zhì)量控制一些實踐，加以總結(jié)，與同行探討。
西氣東輸工程煙墩壓氣站二期，不銹鋼管道的材質(zhì)多為TP304，焊接工藝流程如下：坡口打磨→對口→固定→焊口自檢→監(jiān)理檢查→焊口點焊→焊口滿焊→外觀檢查→探傷。由焊接工藝流程可知，焊前和焊接中的工藝控制是整個焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵，焊后的焊接質(zhì)量矯正作用十分有限。
1不銹鋼管焊接變形原因及質(zhì)量控制
1.1變形原因分析
不銹鋼管道焊接變形有以下三方面原因[1]：
（1）不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較大（奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)比碳鋼大50%），導(dǎo)熱慢，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力控制不當(dāng)，易產(chǎn)生變形；
（2）在焊接中，由于不銹鋼熔池流體粘性大，焊接困難，施焊時往往需增大焊接電流，線能量的增加易產(chǎn)生焊接變形；
（3）焊接中點焊、固焊的長度和數(shù)量不夠，施焊的順序不當(dāng)?shù)纫踩菀滓鹱冃巍?/span>
1.2變形的危害
對口后的預(yù)制管材，在安裝時因為變形而無法正常安裝（特別是存在法蘭或彎頭等管件時，變形對正常施工影響更大），致使割除焊口進行返工，影響正常施工進度。
1.3變形的質(zhì)量控制
（1）嚴(yán)格控制厚度偏差
對口前，實測管道坡口壁厚，如有偏差，則厚薄交叉搭配，對稱錯開，盡量減少由于壁厚偏差引起的變形。管道沿圓周方向的坡口角度大小應(yīng)均勻，盡量減小對口間隙。在煙墩壓氣站，不銹鋼的焊接工藝規(guī)范為：對口間隙(2~3)mm，坡口角度75±5°，以減少填充金屬。在試件圓周如1點和11點位置進行點焊，點焊長度不小于10 mm，厚度不小于3 mm（見圖1）。
（2）采用夾具固定對口
根據(jù)管材的不同，設(shè)計了簡單實用的管材固定夾具。即根據(jù)管材的形狀不同合理選擇固定點及固定工具[2]。主要工具有可調(diào)式四點頂絲扣（從3點、6點、9點、12點位置固定），固定架，法蘭對口器等。
（3）反變形措施
正式施焊時，應(yīng)把管道分成4個1/4圓周，對稱施焊。當(dāng)管道d≤219mm時，一名焊工焊接，焊接順序見圖2(a)；對于d≥219mm的管道，宜對稱焊，兩名焊工施焊，且兩名焊工的焊接速度應(yīng)基本一致，焊接順序見圖2(b)。根據(jù)實踐經(jīng)驗得出管道的變形方向，如管道向間隙大焊道寬的方向變形等。
焊接時，必須嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范要求的焊接電流和焊接速度進行，以確保小的線能量。不銹鋼管道焊接時，焊縫的層間溫度必須嚴(yán)格控制在100℃以內(nèi)。
2不銹鋼管焊接氣孔夾渣原因及質(zhì)量控制
2.1夾渣氣孔產(chǎn)生原因分析
氣孔是指在焊接過程中，熔池金屬中的氣體在熔池凝固前未能及時逸出，而殘留于焊縫金屬中（內(nèi)部或表面）所形成的孔穴。氣孔的形狀、大小及數(shù)量與母材材質(zhì)、焊條性質(zhì)、焊接位置及焊工操作技術(shù)水平有關(guān)。形成氣孔的氣體，有的是原來溶解于母材和焊條鋼芯中的氣體；有的是藥皮在熔化時產(chǎn)生的氣體；有的是母材上的油、銹、垢等物在受熱后分解產(chǎn)生的；也有的來自大氣。氣孔的產(chǎn)生原因是焊接電流過小，焊層過厚等都造成熔池高溫時溶解的氣體在冷卻時不能及時逸出，殘留在焊縫中形成氣孔缺陷。根據(jù)煙墩壓氣站不銹鋼管道焊接出現(xiàn)的幾處返修口的檢查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣孔的主要原因是焊速過快，焊接時風(fēng)速超過工藝規(guī)定值。
夾渣是指焊接熔渣殘留于焊縫金屬中的現(xiàn)象，是較為常見的缺陷之一，產(chǎn)生位置具有不確定性。產(chǎn)生夾渣的原因主要是操作技術(shù)不良，使熔池中熔渣在熔池冷卻凝固前未能及時浮出而存在于焊縫中。層間清渣不徹底，焊接電流過小都可能產(chǎn)生夾渣。
2.2夾渣氣孔的危害
將焊接接頭鋸開檢查會發(fā)現(xiàn)：焊縫根部有明顯的“起皮”現(xiàn)象，且外觀上顯得金屬組織非常疏松。此外，在焊接過程中還發(fā)現(xiàn)根部有明顯的“翻泡”現(xiàn)象。這將降低焊道的承壓能力。因此，出現(xiàn)夾渣氣孔不但造成返工，還對機組的安全運行產(chǎn)生不良影響，焊道不能達到工藝規(guī)定的壓力要求，特別是對高壓管線，危害更大。
2.3夾渣氣孔的質(zhì)量控制
2.3.1氣孔質(zhì)量控制
（1）使用與母材相對應(yīng)的專用焊接鋼絲。
（2）使用氬氣純度不得低于99.5%。
（3）氬弧焊焊接場地必須有可靠的防風(fēng)、防雨雪措施，以免影響氬氣的保護效果。焊件在組裝前應(yīng)將焊口表面及兩側(cè)10~15 mm范圍母材內(nèi)、外壁的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至見到金屬光澤。
（4）在手工鎢極氬弧焊打底時，焊縫背面要充氬保護，保證背面成形良好且防止合金元素的氧化、燒損。
（5）嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進行焊接。在點固焊時，不能按照常規(guī)只點焊2點，而應(yīng)沿管四周均勻點焊4~5點，每點長度5~10mm，以保證焊接過程中對口間隙不會因焊接拘束應(yīng)力而變小。
（6）采用冷水強制降溫的辦法，即焊工在施焊時，旁邊放上一桶冷水，每焊完一層焊道就用浸透冷水的棉紗頭擦試?yán)鋮s焊縫，使焊縫金屬的溫度驟降至100℃后再進行下一層道的焊接。這樣可盡量減少焊縫金屬在400~550℃溫度區(qū)間的停留時間，減少產(chǎn)生475℃脆性的機會。同時，因為不銹鋼的延展性良好，水冷降溫一般不會產(chǎn)生裂紋。
2.3.2夾渣質(zhì)量控制
（1）焊接過程中，要始終保持清晰的熔池，必須分清熔渣與鋼水。
（2）焊接時不要將電弧壓得過底，當(dāng)熔渣大量地蓋在熔化鋼水上面，分不清鋼水與熔渣時，要適當(dāng)?shù)乩L電弧，利用增加的電弧熱量和吹力將熔渣順利地吹到旁邊或淌到下方。
（3）發(fā)現(xiàn)母材上有污物或前條焊道上有熔渣未清除之處，則焊到該處時要將電弧拉長，并稍加停留，使污物或熔渣再次被熔化吹走，待母材或前條焊道得到較好熔化時，再進行焊接。
（4）焊接過程中，當(dāng)前條焊道在熔化時有黑塊或黑點出現(xiàn)時，表明前條焊道有夾渣，此時應(yīng)拉長電弧將該處擴大和加深熔化范圍，直至熔渣全部浮出。
（5）在焊接參數(shù)范圍內(nèi)，適當(dāng)增大焊接電流，可有效減少夾渣缺陷出現(xiàn)的幾率。
3其他影響焊接質(zhì)量的缺陷
影響不銹鋼管道焊接質(zhì)量的因素還有晶界腐蝕、未焊透、裂紋、燒穿及漏焊、飛濺、弧坑、焊瘤和咬邊等，這幾種焊接缺陷在煙墩站的施工作業(yè)過程中未曾出現(xiàn)，但也是影響焊接質(zhì)量的因素，施工過程中也必須加以重視和預(yù)防。
4總結(jié)
本文以TP304不銹鋼管材為例，對煙墩壓氣站曾出現(xiàn)的變形、夾渣、氣孔等不銹鋼管焊接缺陷產(chǎn)生的原因、危害及質(zhì)量控制進行了闡述，得出以下結(jié)論：
（1）嚴(yán)格控制厚度偏差，采用夾具固定對口和反變形法是防止不銹鋼管焊接變形的主要途徑。
（2）使用與母材相對應(yīng)的專用焊接鋼絲，手工氬弧焊打底、充氬保護等可有效降低氣孔夾渣的產(chǎn)生幾率。
（3）嚴(yán)格按照不銹鋼焊接工藝規(guī)程實施作業(yè)是控制不銹鋼管材焊接缺陷的重要途徑。
（4）由具有較高焊接技術(shù)的焊工進行不銹鋼管材的焊接施工是控制不銹鋼管材焊接缺陷的必要條件。