雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制

楊小波，趙崢，王永鋒

（天津大港油田集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司，天津 300280）

筆者在天津大港油田集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司三分公司長期從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制是一項(xiàng)復(fù)雜且對(duì)專業(yè)知識(shí)有嚴(yán)格要求的工作，在開展郝灘采出水處理站工程高壓注水管線的雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作過程中，時(shí)刻秉承質(zhì)量至上的原則，對(duì)自己所負(fù)責(zé)的工作區(qū)域嚴(yán)格負(fù)責(zé)，在郝灘采出水處理站改造工程開工前根據(jù)工程施工焊接工藝評(píng)定編制相對(duì)應(yīng)的焊接工藝規(guī)程及焊接工藝指導(dǎo)卡，編制正確的施工工序技術(shù)質(zhì)量交底，對(duì)焊接材料及施工材料進(jìn)行檢驗(yàn)與報(bào)驗(yàn)，保證工程在質(zhì)量受控的條件下開工。施工過程中對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行及時(shí)的質(zhì)量檢查，對(duì)于存在的質(zhì)量隱患及時(shí)予以解決，積極開展自檢、互檢、專檢環(huán)節(jié)，質(zhì)量控制通過率均達(dá)到100%，期間并未出現(xiàn)任何的質(zhì)量事故，得到了業(yè)主、監(jiān)理和公司的一致認(rèn)可?，F(xiàn)將筆者在雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作中的要點(diǎn)與策略作如下的分析論述。

1 雙相不銹鋼管道焊接前的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在雙相不銹鋼管道焊接前的質(zhì)量控制中，筆者重點(diǎn)從焊接材料選擇、焊接材料保護(hù)及坡口加工及焊接前組對(duì)與預(yù)熱三方面著手，可以取得良好的質(zhì)量控制效果。具體的質(zhì)量控制要點(diǎn)分析如下：

（1）焊接材料選擇：2205雙相不銹鋼管具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，在煉油工業(yè)和石油化工工業(yè)中的應(yīng)用尤為廣泛，筆者所在單位目前所應(yīng)用的也是2205雙相不銹鋼管。2205雙相不銹鋼管的元素以Cr、Ni、Si、N、Mo、Mn為主，表1是2205雙相不銹鋼管主要化學(xué)成分。其中的Cr、Si及Mo均是鐵素體形成元素，Ni、Mn及N是奧氏體形成元素[1]。焊絲與焊條的化學(xué)成分種類和母材是一樣或近似于一樣，但是通常情況下會(huì)因?yàn)楹附訜嵫h(huán)作用而導(dǎo)致焊材中所含有的合金元素含量高于母材。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，只需要將雙相不銹鋼的焊接接頭兩相中單相比例控制在30%～60%即可有效滿足接頭的力學(xué)性能要求，而奧氏體的含量則需要控制為60%～65%即可滿足接頭的力學(xué)性能要求，同時(shí)有效提升雙相不銹鋼管的耐腐蝕性能[2]。因此，筆者在焊接材料選擇時(shí)嚴(yán)格保證Ni與Mn的含量稍微高于母材，焊材中的氮元素則稍微低于母材。除此之外，筆者考慮到雙相不銹鋼管現(xiàn)場焊接條件，為有效提升焊接效率與質(zhì)量，通過與項(xiàng)目部的其他技術(shù)人員商議決定采用氬弧打底加焊條電弧焊填充蓋面的焊接方法，為了更有效確保焊接結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)氧化的情況，在焊接頭根部特別采用了充氬保護(hù)，應(yīng)用效果十分顯著。

表1 2205雙相不銹鋼管主要化學(xué)成分（%）

（2）焊接材料保護(hù)及坡口加工：長期的實(shí)踐工作發(fā)現(xiàn)，2205雙相不銹鋼管接頭抗腐蝕性能和力學(xué)性能極易受到任何形式的油污、水分污染及油脂污染的影響。因此，在實(shí)際焊接工作過程中，筆者常駐焊接現(xiàn)場，嚴(yán)格控制好2205雙相不銹鋼管的成品保護(hù)，嚴(yán)禁出現(xiàn)與碳鋼、低熔點(diǎn)金屬或其他的雜質(zhì)接觸的情況。在坡口加工中，優(yōu)先選用機(jī)械加工法，在加工過程中務(wù)必保護(hù)好坡口，避免出現(xiàn)坡口氧化的情況。需要特別注意的一點(diǎn)是，2205雙相不銹鋼管因?yàn)楹需F素體，所以磁性較弱，在焊口打磨時(shí)筆者指導(dǎo)操作人員切勿在同一個(gè)方向長時(shí)間進(jìn)行打磨處理，未出現(xiàn)焊縫金屬融合不佳的現(xiàn)象，最終保證了2205雙相不銹鋼管的切口加工質(zhì)量。

（3）焊接前組對(duì)與預(yù)熱：2205雙相不銹鋼管材質(zhì)強(qiáng)度較高，且延伸性較小，因而實(shí)際開展焊接工作時(shí)筆者對(duì)組對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，嚴(yán)禁存在帶強(qiáng)力組對(duì)，以此避免焊接完成后出現(xiàn)殘余應(yīng)力較大的現(xiàn)象。另外，在長期的工作中筆者發(fā)現(xiàn)，一旦焊接過程中存在焊接變形的情況，后期無法得到有效的矯正，因而極易導(dǎo)致2205雙相不銹鋼管的焊接質(zhì)量受到較大的影響。針對(duì)這種情況，筆者在完成管線的組對(duì)工作后立即用錫箔紙對(duì)坡口進(jìn)行密封，管道內(nèi)部制作過程中全程采用充氬保護(hù)裝置，可以對(duì)焊接背面起到良好的保護(hù)作用。除此之外，在2205雙相不銹鋼管焊接前不進(jìn)行預(yù)熱處理，如果發(fā)現(xiàn)管線壁厚較大或焊接現(xiàn)場的溫度較低，必要時(shí)可以采取預(yù)熱處理。

2 雙相不銹鋼管道焊接時(shí)的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在開展雙相不銹鋼管道焊接時(shí)，筆者認(rèn)為要想實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量控制目標(biāo)，必須重點(diǎn)做好定位焊、焊接線能量與層間溫度控制及其他的注意事項(xiàng)。焊接時(shí)的質(zhì)量控制要點(diǎn)分析如下。

（1）定位焊：待管線組對(duì)工作完成后即可以開展定位焊，定位焊時(shí)優(yōu)先選用較大的焊接熱輸入，并對(duì)定位焊縫長度作嚴(yán)格的控制，以此避免在焊接過程中因?yàn)楹缚p冷卻速度過大而對(duì)焊縫的耐腐蝕性產(chǎn)生影響。

（2）焊接線能量與層間溫度控制：2205雙相不銹鋼管的優(yōu)勢(shì)在于具有良好導(dǎo)熱性和較小的熱膨脹系數(shù)，這為焊接工藝的有效使用提供了條件。為了有效提升焊接效率焊接時(shí)采用較大線能量，所采用的線能量不會(huì)對(duì)接頭產(chǎn)生熱裂紋和殘余應(yīng)力。但是需要注意的一點(diǎn)是，在應(yīng)用較大線能量時(shí)務(wù)必合理安排焊接順序依次確保焊縫有足夠的冷卻時(shí)間。筆者在進(jìn)行焊接時(shí)嚴(yán)格將層間溫度控制在150℃以內(nèi)，但實(shí)際焊接過程中發(fā)現(xiàn)，隨著線能量的不斷增大，冷卻速度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致奧氏體析出時(shí)間有所延長，最終出現(xiàn)了一系列的質(zhì)量問題，比如焊縫組織變得粗大，焊縫和熱影響區(qū)之間的鐵素體含量有所減少，均對(duì)接頭的韌性和耐腐蝕性有所影響。因此，在后續(xù)開展此項(xiàng)工作時(shí)筆者嚴(yán)格將焊接線能量控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，保證焊接的兩相組織區(qū)域保持在平衡狀態(tài)內(nèi)。除此之外，在焊接過程中殘余應(yīng)力和軸向應(yīng)力均會(huì)隨著管線壁厚的增加而發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為殘余應(yīng)力和軸向應(yīng)力有所增加[3]。為避免出現(xiàn)這種情況，筆者采用窄焊縫多次焊接，在焊接過程中盡量保證焊條不出現(xiàn)橫向擺動(dòng)，可以有效降低焊接的殘余應(yīng)力，同時(shí)也可以保證層間溫度不會(huì)出現(xiàn)太高的情況。如圖1，這是筆者2205雙相不銹鋼管焊接現(xiàn)場試樣。

圖1 焊接現(xiàn)場試樣

（3）焊接過程中的其他注意事項(xiàng)：在焊接過程中務(wù)必嚴(yán)格遵循2205雙相不銹鋼管焊接相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為有效確保焊縫有良好的成型，一方面嚴(yán)格按照相關(guān)的焊接工藝評(píng)定執(zhí)行，另一方面對(duì)層間上出現(xiàn)的熔渣及時(shí)進(jìn)行打磨。待焊接完成后對(duì)2205雙相不銹鋼管冷卻溫度進(jìn)行觀察，重點(diǎn)觀察其在350℃～280℃和800℃～475℃下的停留時(shí)間。之所以在這兩個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀察，原因在于2205雙相不銹鋼管極易在475℃～800℃下產(chǎn)生碳化物和氮化物，而在280℃～350℃下極易出現(xiàn)過渡時(shí)效，不論是哪一種情況均會(huì)導(dǎo)致焊接接頭出現(xiàn)質(zhì)量問題，尤其是會(huì)對(duì)其接頭的韌性產(chǎn)生影響[4]。

3 雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量控制要點(diǎn)

對(duì)雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量控制應(yīng)重點(diǎn)放在焊縫缺陷檢查、兩相比例均衡性測(cè)定及焊縫硬度的測(cè)定三方面，以此確保雙相不銹鋼管道焊接后的質(zhì)量。具體的控制要點(diǎn)分析如下：

（1）焊縫缺陷檢查：通過無損檢測(cè)單位對(duì)本次2205雙相不銹鋼管焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，焊口一次探傷合格率達(dá)到97.8%，可以滿足預(yù)先設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)，由此也表明2205雙相不銹鋼管焊接前和焊接時(shí)的質(zhì)量控制工作有效，整個(gè)質(zhì)量控制方案有較強(qiáng)的可行性和科學(xué)性。

（2）兩相比例均衡性測(cè)定：專業(yè)的質(zhì)檢單位通過隨機(jī)抽取50道已經(jīng)完成的焊口，通過鐵素體檢測(cè)儀器對(duì)焊縫的相比例進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)50道焊口所含有的鐵素體比例均可以達(dá)到30-45%?？傮w而言，焊口的鐵素體和奧氏體相比例有良好的均衡性，可以很好的滿足2205雙相不銹鋼管接頭各方面的性能需求，焊接質(zhì)量良好。

（3）焊縫硬度測(cè)定：專業(yè)質(zhì)檢團(tuán)隊(duì)從質(zhì)量良好的焊接作業(yè)探傷合格焊口中隨機(jī)抽取了50道焊口，選用HV-30鐵素體檢測(cè)儀，重點(diǎn)對(duì)焊縫熱影響區(qū)的硬度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果顯示焊縫的硬度與母材的硬度幾乎不存在差異，焊道和母材之間并沒有出現(xiàn)較為明顯的硬度起伏，同時(shí)熱影響區(qū)的硬度稍微高于母材。對(duì)本次的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行綜合分析后可以得出，此次2205雙相不銹鋼管焊接的各項(xiàng)力學(xué)性能均可以滿足預(yù)先的質(zhì)量控制目標(biāo)，且未出現(xiàn)焊接作業(yè)過程的中的風(fēng)險(xiǎn)事件，整個(gè)焊接工作順利完成。

總的來說，在開展雙相不銹鋼管道焊接質(zhì)量控制工作過程中，要做到焊接質(zhì)量的全過程監(jiān)管和動(dòng)態(tài)監(jiān)管，一方面，在雙相不銹鋼管道焊接前，要合理選用焊接材料，確保管線正確組對(duì)，以此為2205雙相不銹鋼管焊接質(zhì)量控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面，焊接過程中要選擇合適的焊接工藝，尤其是要控制好焊接線能量和層間溫度，確保兩相均衡性和綜合力學(xué)性能滿足2205雙相不銹鋼管焊接質(zhì)量要求。除此之外，在整個(gè)焊接過程中均要嚴(yán)格遵循相關(guān)的焊接原則，貫徹和落實(shí)2205雙相不銹鋼管焊接要點(diǎn)。

4 結(jié)語

2205雙相不銹鋼管焊接會(huì)受到多種因素的影響，極易對(duì)焊接質(zhì)量造成影響，為有效確保焊接質(zhì)量，要重點(diǎn)從焊接前、焊接時(shí)和焊接后三個(gè)階段開展質(zhì)量控制，遵循相關(guān)的焊接原則和要點(diǎn)，以此確保焊接效率與質(zhì)量，保證后續(xù)項(xiàng)目施工的科學(xué)性與安全性。