天然气管道焊接施工中常见问题及措施
褚新?张孜谦
摘 要：焊接作为天然气管道建设施工质量控制的关键工序，由于受焊接作业人员、设备、材料、工艺和现场作业环境等因素的影响，实现管道焊接质量过程控制难度较大。本文在分析影响焊接质量的因素的基础上，以广东省天然气管网工程管道焊接质量控制的实例，简单易懂地介绍了天然气长输管道焊接质量控制措施。
关键词：天然气管道;焊接施工;影响因素
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.299
1 天然气管道焊接技术概述
焊接技术是天然气管道施工过程中最重要的技术之一，对于整个天然气管道作用的发挥具有极为重要的意义。由于天然气管道所跨距离较长，一根管道很难满足要求，因此在天然气管道施工过程中常常会对其进行焊接处理，可以说天然气管道焊接质量的好坏将会直接对天然气管道运输作用的实现造成影响，相关施工部门必须加强对其的重视，积极采取措施对天然气管道施工过程中焊接技术质量进行提升，为天然气管道作用发挥奠定基础。随着施工工艺水平的不断提高，越来越多技术被应用到天然气管道焊接施工，目前最常被使用的天然气管道焊接技术主要有手工焊接技术、半自动焊接技术以及全自动焊接技术三种，不同种类的焊接技术所适应的施工条件也有一定的差别，这就要求相关施工人员在对施工现场进行分析的基础之上选择恰当的焊接技术，从而为整个天然气管道施工奠定基础。
2 影响天然气管道焊接质量的主要因素
1）焊工。如果焊工操作技能不具备或责任心不强，容易导致管道焊接后焊缝处产生较多质量缺陷，且不容易被检测发现。2）焊机。焊机型号与工艺是否配合、焊接的电流和电压是否稳定、焊机电流的调整效果、监测仪表是否有效等都对焊接质量影响极大。3）焊材。焊材的化学成分及质量的优劣在会使管道焊接区域留下材料力学性能不达标或局部应力集中等重大隐患。4）施焊环境。长输管道的现场焊接作业受气候条件的制约。如低温能使焊接部位急剧冷却硬化产生裂纹;空气湿度大，水分中的氢会侵入焊接部位而出现裂纹、气孔等缺陷。
3 天然气管道焊接施工常见问题及措施
1）咬边。问题：焊机电压、电流调整不当，人工焊接的速度较慢;焊条与焊件之间的间隙较大、接触角度不正确、焊枪摆动幅度较大使电弧过长;焊接次序安排不合理等原因使焊缝边的母材熔化后没有得到熔敷材料的补充造成咬边缺陷。这种缺陷减小了母材的有效截面积，降低了焊接面的机械强度。措施：要求操作者养成良好的操作习惯，姿势要正确、焊接方式要合理，采用交流焊机代替直流焊接能有效克服。2）焊瘤。问题：焊机电源频率波动幅度大、电源特性不稳定;焊接作业者操作姿势不正确;焊条熔化过快;焊条质量差等原因形成，主要体现在横面、立面和仰面，这种缺陷增大了焊缝的宽度，使焊材的接触面减小，极易产生裂缝;如果焊瘤存在于管道内部，容易造成天然气浓度波动，影响计量结果。措施：焊件处于平焊位置，选用无偏芯焊条，操作者姿势要正确、规范。3）凹坑。问题：焊接操作者在焊接结束，收弧时没有进行短时间停留造成焊缝表面或背面局部低于焊材形成的凹型缺陷，这种缺陷使应力集中，容易造成弧坑或弧孔。措施：选用有电流衰减的焊机，收弧时作短时间停留，或环形摆动，使弧坑填满。4）未焊满。问题：一方面取决于操作者的焊接技术，另一方面由于焊接时填充材料不足导致。包括：焊条过细、焊接工件表面氧化、焊接时力度不一等。这种缺陷降低了焊缝的强度，容易出现气孔、裂缝等。措施：选用粗焊条、焊接前除去焊件表面氧化层、适当加大焊接电流，使电弧适当加长、加厚表面焊缝。5）烧穿。问题：焊接过程中，焊深超过工件厚度，把工件熔化，形成孔型或缝型缺陷。主要体现在焊机的电流太大，电弧过长，手动移动速度过慢，停留时间过长，工件间隙太大，接触面小，不能承受电弧的侵蚀。这种缺陷破坏了焊缝的作用，使焊缝失去了应有的联载能力。如果穿孔较大，输送天然气的过程中，一旦出现明火，容易爆炸。措施：把焊接电流适当调小、速度放缓、使焊件间隙缩小。6）气孔和夹渣。问题：母材或填充材料表面氧化、有油污、上锈，焊条或焊件未烘干，在焊接中，水分在高温下分解成气体，增加了焊缝中的气体含量。由于气孔缺陷在焊缝内部，不易被发现，隐含着很大的安全隐患。这种缺陷较小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，降低了焊接的强度，容易造成天然气泄漏。夹渣的产生是由于坡口尺寸不合理;坡口有污物;多层焊时，层间清渣不彻底;焊接线能量小;焊缝散热太快，液态金属凝固过快;焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高;钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电、流密度大，钨极熔化脱落于熔池中;手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。这种缺陷危害较大，容易产生裂缝，严重时管道断裂，发生天然气泄漏事故。措施：清除工作坡口、焊件表面的氧化物、污物、水分和杂质;采用碱性焊条，在烘干后使用;焊件要焊前预热，延缓冷却速度。
4 天然气管道焊接施工管理对策
1）焊接质量规范管理。施工方必须对施工质量进行管控，应从施工准备、施工过程、施工结束三个阶段进行。施工准备阶段，焊接技术人员制定详细的焊接流程、焊接工艺，对焊接人员交底，听取焊接人员的意见，做到因地制宜。质量检测人员对人员的资质、焊接设备、焊条、检测仪器等信息作详细的汇总，及时发现问题及时解决。施工过程中，质量检测人员对焊接工艺、流程严格核对，从外观检查，到内部探伤，做好记录，上一道工序不过关，坚决不能执行下一道工序。施工结束后，对焊缝进行防腐和防锈处理，通常采用喷砂除锈，热收缩管防腐。2）焊接操作者的管理。焊接操作者是焊接质量的保证，所以必须严格审核焊接者的资质，有没有上岗证、有几年的焊接经验等。一些关键的、精度要求比较高的工艺，工程方必须选用一些焊接技术比较高超的工人。在施工中，工程管理人员要详细记录施工的每道工序，工序结束后，有焊接者、管理人员、监理签字后才能进行下一道工序。一些施工环境比较差，在施工之前对相应的焊接人员进行必要的培训，最好是进行必要的实物模拟焊接，分析结果。3）焊接材料的管理。目前，很多管道焊接工程采用发包的形式，而分包单位为了节约成本，选用一些低端的、质量不能保证的焊接材料，这样工程的质量是无法保证的。为了保证焊接质量，焊材的选用应遵循以下几点：通过招标的形式确定焊材的供货方，不宜采用低价中标作为优选方;由于天然气管道的输送距离较远，有可能涉及的地区的温差、地质条件不同，所以选用的焊材也不同。在设计阶段，承包方组织相关技术人员进行测绘和评估，因地制宜，选用合适的焊材;管道材料的选择必须严格，通过科学手段，如光谱分析或化学分析、超声波检测等，分析管材的成分，判断这些成分对焊接质量的影响;温度比较低的地区施工时，焊条要干燥，管材要预热，经温度检测合格后才能进行焊接。4）焊接环境的管理。焊接作业区环境因素对焊接质量也有一定的影响，如温度、濕度、风力等。如手工电弧焊风速超过8m/s、二氧化碳气体保护焊风速超过2m/s，应设置防风棚。焊接区域相对湿度不能小于90%。如果焊接环境比较潮湿或雨后作业，必须对焊接工件进行加热处理;焊条必须干燥，避免在焊接中出现气孔、裂缝。不同工件对焊接温度有严格的规定：不锈钢不低于0℃;碳钢不低于20℃。
5 结束语
综上所述，随着天然气在生产生活中的需求量越来越大，天然气管道的建设速度随之加快，由于天然气的运输存在着易燃、易爆、传输管道的内部压强大等特点，对天然气管道施工质量也提出了更高的要求。在天然气管道施工中，焊接工艺的管理和技术水平，直接影响着天然气管道的传输质量，应该受到所有施工单位的重视。
参考文献
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