提高高強(qiáng)鋼厚壁管根部焊接缺陷返修成功率的措施

張 新，王 民，王 霞

（1.中油管道局國內(nèi)事業(yè)部，河北廊坊 065000；2.中油管道局海洋公司，河北廊坊 065000）

提高高強(qiáng)鋼厚壁管根部焊接缺陷返修成功率的措施

張 新1，王 民1，王 霞2

（1.中油管道局國內(nèi)事業(yè)部，河北廊坊 065000；2.中油管道局海洋公司，河北廊坊 065000）

在西氣東輸二線管道工程安裝中，根部缺陷占焊接缺陷總數(shù)的30%，而根部缺陷返修成功率不足70%，采取避免缺陷產(chǎn)生的全壁厚返修措施，可提高一次返修合格率。文章從根部缺陷產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素，根部缺陷全壁厚焊接返修的特性和誤區(qū)、返修措施、返修效果等方面對其進(jìn)行了論述。

管道工程；焊接返修；根部缺陷；原因；措施

0 引言

西氣東輸二線管道工程管材材質(zhì)為X80，管徑1 219 mm、管壁厚度范圍15.3～27.2 mm，設(shè)計(jì)壓力12 MPa，自西向東跨越多種地理環(huán)境，是國內(nèi)首次采用高強(qiáng)鋼的管道安裝工程，這不僅要求多樣的焊接工藝，而且對焊工水平提出很高的要求。在現(xiàn)場安裝中，由于受自然環(huán)境條件的限制，很多焊接缺陷不能避免，而焊接工藝規(guī)程規(guī)定，高強(qiáng)鋼的焊接缺陷只允許返修一次，因此對焊接返修的要求提出新挑戰(zhàn)。根據(jù)無損探傷結(jié)果統(tǒng)計(jì)，大約20%缺陷處于根部，而在施工前階段的根部返修成功率不到70%，一些焊口因此割口重新焊接，造成很大的損失。

1 焊縫根部缺陷的種類

管道焊接根部缺陷常見類型為夾渣、未熔合、未焊透、根部塌陷、燒穿、垂瘤、裂紋、空心焊道、咬邊等，這些缺陷的存在，削弱了焊縫的有效工作截面，降低焊縫的強(qiáng)度和塑性，降低焊接接頭的強(qiáng)度，并會(huì)造成應(yīng)力集中。

2 根部缺陷全壁厚焊接返修的特性和誤區(qū)

高強(qiáng)鋼、大壁厚鋼管的根部缺陷返修具有焊接空間受限、焊接熱量散失快、溫度梯度大、拘束焊接等特性，因此焊接難度很大，往往導(dǎo)致返修失敗。同時(shí)由于厚壁管的內(nèi)部返修環(huán)境對焊接工人的生命安全具有很大威脅，所以長輸管道的根部缺陷只能采取外部的全壁厚返修方法。

由于高強(qiáng)鋼的焊接缺陷只允許返修一次，返修失敗就要進(jìn)行管口割除，這往往導(dǎo)致返修工人的精神緊張，過多地把注意力放在缺陷的局部位置上，而忽視管段整體對缺陷的拘束影響。再者對于根部缺陷的返修，焊工在返修時(shí)只注重根部操作，而忽視根焊以外的其他焊層的操作，如熱焊過快或熱輸入過大，容易導(dǎo)致根部過熱和多次重復(fù)加熱，降低了金屬機(jī)械性能，從而產(chǎn)生裂紋、塌陷等缺陷。

3 根部缺陷全壁厚返修措施

3.1 焊前準(zhǔn)備

焊條：返修焊條一般為φ 3.2 mm的纖維素型低氫焊條，如E6010和E7016。焊條直徑較小可以控制熔滴滴狀過渡，避免產(chǎn)生較多的液態(tài)金屬，造成熔池過熱，液態(tài)金屬下流，根部不能填滿等。在施焊前應(yīng)根據(jù)工藝要求在350℃下烘干并保溫2 h，焊接時(shí)儲(chǔ)存于保溫筒中，隨用隨取。

返修時(shí)間的選取：返修時(shí)間應(yīng)選擇天氣晴朗、空氣濕度不超過80%RH、風(fēng)速不超過4 m/s的時(shí)間段。由于返修焊縫處于剛性拘束狀態(tài)，白天管段在日光照射下，溫度快速升高膨脹受壓，在溫度降低時(shí)變冷收縮而使焊縫處于拉伸狀態(tài)。返修時(shí)間應(yīng)選在白天溫度變化不大的時(shí)刻，最好避開早晨溫度上升或下午溫度下降時(shí)刻。最佳返修時(shí)間為10:00至14:00，這期間管道不受拉伸力或拉伸力較小。因?yàn)楦咳毕輸?shù)量不多，每位返修工人在該段時(shí)間返修1～2道為佳。

預(yù)熱：在缺陷清理前和焊接前都要預(yù)熱。加熱可采用火焰加熱器，預(yù)熱范圍為整個(gè)焊口兩側(cè)各120 mm寬區(qū)域，預(yù)熱溫度大于120℃，但上限不要超過臨近防腐層的耐溫要求。預(yù)熱應(yīng)均勻，用測溫儀在離焊縫50 mm處檢測溫度是否達(dá)到要求。當(dāng)外界溫度較低時(shí)，應(yīng)采取不間斷加熱。

缺陷清除：用角向砂輪機(jī)沿標(biāo)記的位置打磨，砂輪片規(guī)格為φ 100 mm×2 mm。打磨長度應(yīng)大于50 mm，開口上口寬度應(yīng)與原坡口相當(dāng)或約為管道壁厚的1.5倍。在預(yù)計(jì)接近缺陷位置時(shí)，應(yīng)控制磨削進(jìn)度，觀察打磨出的缺陷是否符合無損影像描述的特征，以確保缺陷完全去除。

坡口修理：在全壁厚返修中，根部打磨間隙在很大程度上決定了返修的成功率。根部打開后應(yīng)保證坡口均勻，坡面無凹凸。坡口根部間隙一般為2.4～3.0 mm，有經(jīng)驗(yàn)的焊工往往根據(jù)焊條光頭的粗細(xì)測試打磨間隙的大小，間隙寬度以略小于光焊條直徑為宜。坡口打開后，為防止根部毛刺影響根部成型，用自制小鉤子或小銼刀將毛刺清除。

3.2 焊接

根焊：根焊采用直流反接，焊接電流采用60～90 A，電壓一般為24～35 V，焊速一般為6～14 cm/min。操作時(shí)焊條和管道軸線要求成90°夾角，并指向軸心，保證根焊道位于焊縫中心，消除內(nèi)咬及單邊未焊透。由于坡口打磨不能象機(jī)床切削一樣獲得完全一致的坡口間隙和鈍邊，所以需通過焊條縱向夾角的調(diào)節(jié)來調(diào)整電弧的穿透力和熔池形狀，以保證根部成型良好。在根焊過程中始終保持一個(gè)小的、可見的熔池是關(guān)鍵，如果熔池變得過大，馬上會(huì)導(dǎo)致內(nèi)咬或根部塌陷。根焊熔池的理想尺寸為3.2mm，一旦發(fā)現(xiàn)熔池的尺寸發(fā)生變化，應(yīng)馬上調(diào)整焊條夾角和電流等來保持合適的熔池尺寸。

清根打磨：根焊完成后進(jìn)行根焊清理，清根的要點(diǎn)是清除根焊道的表面氣孔、弧坑裂紋、夾渣、未熔合等缺陷。清根時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制磨削程度，如果清根過度，會(huì)造成根焊太薄，熱焊時(shí)容易燒穿；清根不徹底，則易產(chǎn)生夾渣和氣孔。清根可采用4.0 mm厚的砂輪片，最好不要采用1.5 mm或2.0 mm的切割片，因?yàn)椴捎?.5mm或2.0mm切割片往往產(chǎn)生深槽，在隨后的焊接過程中易產(chǎn)生層間未熔或夾渣。

熱焊和填充焊：在保證根焊質(zhì)量的前提下進(jìn)行熱焊，熱焊與根焊之間的間隔時(shí)間不能超過10min。因?yàn)楦亢傅辣容^薄，為防止燒穿、內(nèi)凹等缺陷，應(yīng)采用小電流直流正接，電流采用90～150A，電壓一般為18～26V，焊速一般為7～15cm/min。

由于返修焊接為拘束條件下焊接，且根部焊層較薄，如采用連續(xù)焊接，則熱輸入太大，易導(dǎo)致內(nèi)凹或燒穿等缺陷，這時(shí)如采用反復(fù)斷弧焊接就能獲得很好的效果。反復(fù)斷弧焊接是在焊縫收尾處反復(fù)熄弧、引弧數(shù)次，直至填滿弧坑，消除弧坑裂紋。當(dāng)感到容易出現(xiàn)缺陷時(shí)立即斷弧，斷弧后待熔池稍微冷卻后迅速起弧，形成下一個(gè)熔池。該方法能很好控制金屬熔池，保證焊縫的成型。同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋M向擺動(dòng)或在起弧、收弧處稍做停頓，或者采用搭接起弧、收弧，以利于氣體浮出熔池。

蓋面焊：蓋面焊采用直流正接，焊接電流90～140 A，電壓一般為18～26 V，焊速7～15 cm/min。在仰焊位置的蓋面焊接應(yīng)嚴(yán)格控制熱輸入，避免產(chǎn)生垂瘤、焊縫余高不均勻等缺陷。

層間保溫和焊后加熱：各焊層之間應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度不低于80～100℃，加熱區(qū)域仍為整個(gè)焊口。目的是消除焊接殘余應(yīng)力，減緩冷卻速度，獲得理想的結(jié)晶，減小金屬脆化，增加氫擴(kuò)散逸出速度，降低裂紋傾向。在返修后進(jìn)行焊后保溫，溫度緩冷到50℃即可。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，必須采取不斷加熱措施或焊完后立即蓋上石棉布或石棉被保溫。

4 返修效果

在完成的西氣東輸二線工程2 400 km管道安裝中，用該方法對其中480道有根部缺陷的焊口進(jìn)行返修，返修成功率超過94%。實(shí)踐證明該操作方法行之有效，減少了因返修不合格切口造成的損失，達(dá)到了預(yù)期效果，為今后高強(qiáng)鋼根部缺陷的返修提供了基礎(chǔ)。

［1］周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［2］高云青，王紀(jì)，李頌宏，等.西氣東輸冀寧支線X80管線鋼焊接工藝[J].石油工程建設(shè),2006，（4）：52-54.

Measures to Increase Success Rate of Repairing Root Welding Defects in High Strength Thick Wall Pipes

ZHANG Xin（Domestic Department of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,WANG Min

In the Second West to East Gas Pipeline construction,the root welding defects was 30%of the total welding defects and the primary success rate of root welding defect repairing was less than 70%.Full wall thickness repairing approach is able to increase the primary success rate.In this paper,the mechanism and influence factors of root welding defects,the functions and some misunderstandings of the full wall thickness repairing approach,the repairing measures and repairing effect are discussed.

pipeline engineering;welding repair;root defect;reason;measure

TE973.3

B

1001－2206（2011）06－0051－02

張 新 （1974-），男，山東嘉祥人，高級工程師，1997年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （華東）焊接專業(yè)，主要從事油氣長輸管道施工項(xiàng)目管理工作。

2011-01-11