1、長輸管道工程焊接及其質量控制作者姓名：導師姓名： 工作單位： 完成日期：2009 年 8 月作者簡介：男，漢族，24歲，河北樂亭人，2008年7月畢業于，獲工學學士學位。現在工作。指導老師：姜志陽，機械設備設計所，副總設計師付國強，機械設備設計所，一級設計師目次1.前言12.焊前準備22.1焊接人員22.2焊接材料22.3焊接用設備32.4坡口加工及清理32.5定位/組對43焊接工藝評定及焊接工藝44焊接過程控制64.1施焊環境74.2焊接操作75焊縫返修86焊后檢查86.1焊縫外觀檢查86.2焊縫內部質量檢驗86.3最終檢驗、試驗97結論9參考文獻。9長輸管道工程焊接及其質量控制摘要：長輸管

2、道的焊接是壓力管道工程的關鍵環節之一。本文結合川氣東送項目，就焊接過程中的焊前準備、焊接工藝評定及焊接工藝、焊接過程控制、焊縫返修、焊后檢查五個關鍵環節概述如何控制管道焊接質量。關鍵詞：川氣東送管道工程、焊前準備、焊接工藝評定及焊接工藝、焊接過程控制、焊縫返修、焊后檢查 1. 前言管道輸送是石油天然氣運輸供給的主要方式之一。管道焊接質量的好壞將直接影響管道安全穩定運行。以川氣東送管道工程為例：西起川東北普光首站，東至上海市青浦區上海末站，全程跨越5省2市，是一條貫穿我國東西部地區的天然氣輸送管道工程（見圖1）。川氣東送管線與國內外其他管道工程相比，具有線路長、管徑大、地形條件復雜、站場多、設計

3、壓力高、壓力等級多、技術難度大、建設周期緊，設計施工要求高的特點。焊接是貫穿管道施工建設中關鍵步驟，特別是川氣東送管道工程，沿線地形地質條件復雜，氣候潮濕、穿跨越地段多，尤其在川渝、鄂西地區，地勢起伏、落差大，給焊接作業和焊接質量的保證帶來巨大的挑戰。因此，控制好管道的焊接質量成為川氣東送管道工程建設順利與否的關鍵。圖1工程實踐中所遇到的影響焊接質量的因素有很多，諸如焊接方法、焊接設備、原材料的質量、焊接材料的質量及其控制與選擇、坡口的加工質量及管道組對質量、焊接環境(環境溫度、相對濕度、風速等)、現場條件(如登高或地溝作業等)、焊工素質、焊接工藝的正確性及其具體實施情況等等，本文從上述諸多因

4、素中，歸納整理為焊前準備、焊接工藝評定及焊接工藝、焊接過程控制、焊縫返修、焊后檢查五個環節，就如何能有效地使焊接全過程處于受控狀態，保證壓力管道的焊接質量進行分析總結。2. 焊前準備壓力管道施工作業前，需對整個項目制定詳細的計劃表，在作業前進行全面的準備，筆者認為焊前準備應從焊接人員、焊接材料、焊接設備、坡口加工加工及清理定位/組對、幾方面著手進行。2.1焊接人員對于壓力管道焊接，最主要的人員是焊接責任工程師、是質檢員、無損檢測人員及焊工。川氣東送項目管道線路長，工作量大，施工時間短，施工環境復雜，施工單位多，參加焊接的焊工技術水平參差不齊，在這樣的情況下，嚴格按照規范施工、檢驗、考核非常重要

5、。焊接責任工程師是管道焊接質量的重要負責人，主要負責一系列焊接技術文件的編制及審核簽發。如焊接性能試驗、焊接工藝評定及其報告、焊接方案以及焊接作業指導書等。質檢員和無損檢測人員都是直接進行焊縫質量檢驗的人員，因此必須經上級主管部門培訓考核取得相應的資格證書，持證上崗，并應熟悉相關的標準、規程規范。所選焊工應是按照現行鍋爐壓力容器焊工考試規則、現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范的規定進行考試后，考試結果合格者，持證上崗。確保焊工技術過硬，定期抽查，保證焊縫質量。2.2焊接材料焊接材料，特別是焊條和焊絲是直接進入焊縫的填充材料，將直接影響焊縫合金元素的成分和機械性能，必須嚴格控制和管理。焊接材

6、料的選用應遵循以下原則：應與母材的力學性能和化學成分相匹配。應考慮焊件的復雜程度、剛性大小、焊接坡口的制備情況和焊縫位置及焊件的工作條件和使用性能。操作工藝性、設備及施工條件、勞動生產率和經濟合理性。焊接工人的技術能力和設備能力。焊材選擇還應考慮環境因素及工作介質。川氣東送項目中，在滿足以上原則的情況下，針對X70管線鋼材料，根據實際情況分析，確定了對于不同的焊接方式所選用焊條、焊絲類型。手工焊接，焊條應符合AWS A5.1、AWS A5.5和GB/T5118的要求，采用的部分焊條型號如表1：表1 手工焊接焊條型號AWS 型號藥皮類型焊接位置電流類型E6010高纖維素鈉型平焊、立焊、仰焊、水平

7、焊直流反接E8018-G低氫鉀型，鐵粉型平焊、仰焊、水平焊、立焊交流或直流反接E5515低氫鈉型平焊 立焊 仰焊 水平焊直流反接半自動焊接，自保護藥芯焊絲應符合AWS A5.29的要求，選擇E71T8-K6、E71T8-Ni1、E71T8-Ni1J或E81T8-G。焊絲直徑：2.0mm。自動焊接，實芯焊絲應符合AWS A5.28的要求，選擇ER70S-G、ER80S-G。焊絲直徑：0.9mm。不同批號的焊接材料在工程使用前必須進行復檢工作。2.3焊接用設備焊接設備選擇得當，對獲得良好的焊接質量起到至關重要的作用。川氣東送項目焊接作業為例，采取了手工焊、半自動焊及自動焊的方式，因此在焊接前應保證

8、所用到的手弧焊機、氬弧焊機、焊條烘干設備和焊縫熱處理裝置應齊全、完好、性能穩定可靠，并應裝有在周檢（校）期內合格的電流、電壓表、壓力表。盡可能選用綜合性能指標較好的專用設備，選用焊接設備的原則首選專用，設備性能指標優中選優。同時對設備要做到正確使用、精心維護。2.4坡口加工及清理不同項目對于坡口要求不同，應按照項目要求進行坡口加工處理。川氣東送項目設計規定，管端壁厚相等的對接接頭坡口型式參照輸氣管道工程設計規范（GB 50251-2003）附錄H“管端焊接接頭型式”中H.0.1條執行，外徑相同、壁厚不同的管口進行對接時，按圖2的方法進行坡口的過度加工。坡口加工完成后，坡口表面應均勻、光滑，不得

9、有起鱗、磨損、鐵銹、渣垢、油脂、油漆和其它影響焊接質量的有害物質，管內外表面坡口兩側25mm范圍內應清理至顯現金屬光澤。（a）2-110mm（b）2-110mm圖2不同壁厚坡口對接加工示意圖2.5定位/組對管口組對應在坡口加工、表面清理完成后進行。管口的組對定位焊是保證焊接質量、促使管接頭背面成形良好的關鍵，如果坡口形式、組對間隙、鈍邊大小不合適，易造成內凹、焊瘤、未焊透等缺陷。組對間隙應均勻，定位時應保證接管的內壁平齊，即要求內壁錯邊量不超過管壁厚度的10%，且不應大于1.5mm。如壁厚不一致，應按規定進行修磨過渡。若需焊接定位板時應在焊管板角焊縫的同一方向進行焊接。管件組對時應墊置牢固，并

10、應采取措施防止焊接過程產生變形。定位焊時，應采用與根部焊道相同的焊接材料和焊接工藝，并由合格焊工施焊。3焊接工藝評定及焊接工藝焊接工藝評定是指為驗證所擬定的焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結果評價。焊接工藝評定在管道焊接作業中扮演著重要角色，是保證焊接質量的重要措施，它能確認為各種焊接接頭編制的焊接工藝指導書的正確性和合理性。通過焊接工藝評定，檢驗按擬定的焊接工藝指導書焊制的焊接接頭的使用性能是否符合設計要求，并為正式制定焊接工藝指導書提供可靠依據。其作用在于：1. 評定施焊單位是否有能力焊出符合相關國家或行業標準、技術規范所要求的焊接接頭。2. 驗證施焊單位所擬定的焊接工藝指導書是否正確。

11、3. 為制定正式的焊接工藝指導書提供可靠的技術依據。川氣東送項目對焊接工藝評定做了具體的要求：按照SY/T 0452的規定，進行了試件制備、外觀檢查、刻槽錘斷試驗、拉伸試驗、彎曲試驗。并對工程中使用X70、X65、X60、X52在-20下進行夏比沖擊試驗，其夏比沖擊功與剪切面積百分數見表2的要求。表2 夏比沖擊韌性要求鋼級位置夏比沖擊剪切面積SA%夏比沖擊功（10mm10mm55mm）J單個試樣最小值三個試樣平均值X70焊縫及熱影響區3040單個試樣最小值60三個試樣平均值90X653040單個試樣最小值45三個試樣平均值55X60、X523040單個試樣最小值30三個試樣平均值40按SY/T

12、 4109的規定進行100%射線檢測或100%超聲檢測，射線檢測質量不低于級為合格，超聲檢測質量不低于級為合格。 對焊縫金屬和熱影響區，在距鋼管內表面1.53mm范圍，每區選取三個點進行硬度試驗。試驗選用10載荷，按GB/T 4340.1規定測定接頭硬度并計算HV10值。X70、X65的硬度測定點HV10硬度值應不大于265，X60、X52的硬度測定點HV10硬度值應不大于240。評定報告應包括各試驗的主要環節、試驗設備、試驗數據及試驗結論和評定試驗技術負責人和監理代表的簽名。焊接工藝主要包含2部分內容：一是焊接工藝文件的編制，二是焊接工藝文件的執行。川氣東送項目編制的焊接技術規格書包含線路、

13、站場兩部分，對焊接材料及焊接工藝做了針對性的要求，且對于不同的焊接方式分別進行了說明和規定。對所遵循的標準、技術要求、試驗和檢驗等內容進行了編制說明。施工單位作業前應按照焊接技術規格書要求，編寫焊接工藝指導書或焊接方案、焊接作業指導書等內容。為了保證壓力管道的焊接質量，在焊接過程中除了嚴格執行焊接工藝文件的規定外，還必須按照有關國家標準及規程的規定，嚴格進行焊接質量的檢驗。焊接質量的檢驗包括了焊前檢驗（材料檢驗、坡口尺寸與質量檢驗、組對質量及坡口清理檢驗、施焊環境及焊前預熱等檢驗）、焊接中間檢驗（定位焊質量檢驗、焊接線能量的實測與記錄、焊縫層次及層間質量檢驗）、焊后檢驗（外觀檢驗、無損檢測）。

14、只有嚴格把好檢驗與監督關，才能使工藝紀律得到落實，使焊接過程始終處于受控狀態，從而有效保證壓力管道的焊接質量。川氣東送項目中，為了保證管道焊接質量，結合現場作業實際情況對焊接工藝做了以下工作： a) 根據焊接工藝指導書,并結合現場作業的實際情況,制定方案和初擬焊接工藝；b) 對母材和焊接材料的類型、牌號、成分及性能進行確認；c) 進行焊接工藝評定試驗。若不合格，應對焊接工藝進行適當修改，直至評定合格；d) 按試驗記錄整理試驗數據，并經焊接工程師審核，由評定單位技術負責人審批，報業主批準；e) 以焊接工藝評定報告為依據，結合焊接施工經驗和實際焊接條件編制焊接工藝規程。焊接工藝規程應詳細規定焊接程

15、序、工藝參數、檢驗方法和合格標準。 4焊接過程控制前文提到的焊前準備，焊接工藝評定及焊接工藝的制定，其目的就是保證在焊接作業中能夠獲得高質量的焊接接頭，施焊環境、焊接操作是焊接過程中控制管道焊接質量好壞的2個關鍵因素。4.1施焊環境施焊環境是影響焊接質量的重要因素之一。施焊環境要求要有適宜的溫度、濕度、風速、空氣質量，才能保證所施焊的焊縫組織獲得良好的外觀成形與內在質量，具有符合要求的機械性能與金相組織。施焊環境應符合下列規定：（1）焊接的環境溫度應能保證焊件焊接所需的足夠溫度和使焊工技能不受影響。當環境溫度低于施焊材料的最低允許溫度時，應根據焊接工藝評定提出預熱要求。（2）焊接時的風速不應超

16、過所選用焊接方法的相應規定值。低氫型焊條手工電弧焊，風速不超過5m/s；纖維素型焊條手工電弧焊，風速不超過8m/s；藥芯焊絲半自動焊，風速不超過8m/s；氣體保護焊，風速不超過2m/s。當超過以上規定值時，應有防風設施。（3）焊接電弧1m范圍內的相對濕度應不大于90%。（4）當焊件表面潮濕、覆蓋有冰雪，或在下雨、下雪刮風期間，焊工及焊件無保護措施或采取措施仍達不到要求時，不應進行施焊作業。4.2焊接操作正確的焊接操作對提高焊縫合格率以及低返修率尤為重要，更為關鍵的是能夠獲得高質量的焊縫性能。焊工應嚴格按照焊接工藝規程進行操作。同時應注意對現場焊接材料的使用管理，電焊條應進行保護避免機械破損或性

17、能下降，若發現焊條有缺陷應丟棄。焊條的存放和處理過程中采取適當的預防措施。焊接材料的貯存及保管、烘干、發放、回收等應按規定嚴格執行。另外應注意在管道安裝過程中、一些材料需經數道工序的處理后才能進行安裝，如管材及焊件閥門、配件、儀表等要根據輸送介質的不同，需經多道工序的處理，各工序間必須做好防護處理，且各工序之間要做好交接檢查工作，以防止再次污染。保證焊接過程的穩定和焊縫成分與性能符合要求。5焊縫返修焊接過程中不可避免的出現焊縫檢驗不合格，按照規定必須進行返修作業。焊縫同一部位的返修次數不宜超過兩次，一、二次返修由焊接工藝人員對所需返修的缺陷分析產生原因并編制返修工藝，由焊接責任師審批，三次及三

18、次以上的焊縫返修由焊接責任師會同有關人員認真分析原因確定避免返修再次發生的措施后編制返修工藝，由項目技術負責人或項目質保師審批。焊縫返修后應按返修工藝的要求進行焊接檢驗和無損檢測。要求焊后熱處理的管道焊縫，一般應在熱處理前進行返修，如在熱處理后返修、補焊后應做必要的熱處理。焊縫返修次數、部位及返修情況應記入交工資料，返修的紀錄、報告等內容均匯入工程檔案。6焊后檢查焊后檢驗主要包括：焊縫外觀檢查、焊縫內部質量檢驗和最終檢驗、試驗。6.1焊縫外觀檢查焊縫表面質量的檢驗應在無損檢測以及耐壓試驗之前進行。所以焊縫表面質量均應采用標準樣板、量規、硬度計等進行100%的外觀檢驗并符合SY/T 4109 以及GB50236標準中的具體要求，應如實記錄結果。特別是在穿跨越河流隧道和大落差鋪管的位置，彎頭及防腐作業困難的地方。外觀合格的標準焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和夾渣等缺陷，并不得有熔渣與飛濺物，咬邊和焊縫余高應符合相關的要求。6.2焊縫內部質量檢驗為保障焊縫質量，焊縫檢測必不可少。一般采用射線、超聲、磁粉等無損檢測手段進行檢驗。川氣東送項目就規定：按SY/T 4109的規定進行100%射線檢測或100%超聲檢測，射線檢測質量不