提高S31803雙相不銹鋼管線焊接質量

陳不友，袁啟東，姜犖犖，馮俊巖，郝 靜

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518067）

0 引言

通過攻關課題活動，深入施工現場調查雙相鋼管線的焊縫缺陷類別與發(fā)生頻率，設定焊縫合格率目標值，分析現場焊縫缺陷產生的根本原因，制定了相應的有效控制措施。審查焊工資質，安排焊工進行崗前操作練習及考試，組織焊工參加焊接專業(yè)理論知識培訓，進而提高焊工的操作技能，改善焊接作業(yè)條件，安排施工現場做好擋風擋雨措施，檢查管件組對符合要求，確保氬氣保護措施到位、焊工嚴格按照焊接工藝規(guī)程要求進行施焊[1]，檢查焊縫外觀質量，并對焊縫進行NDT檢驗，從而保證雙相不銹鋼管線的焊接質量。

1 選擇課題

1.1 選題理由

1）公司與項目質量要求

雙相不銹鋼管線的焊縫質量指標，一次合格率要求達到98.0%以上。

2）工程要求

雙相不銹鋼管線的焊縫質量要求高，焊縫檢驗比例為：100%VT＋100%PT＋100%RT。

3）現場出現的問題

雙相不銹鋼管線剛開始在陸地預制焊接時，焊縫出現大量缺陷，焊縫合格率只有90.4%。

4）以往經驗

在以往項目中攻關取得了豐富的雙相不銹鋼焊接經驗，成效顯著。

1.2 確定課題

基于上述理由，攻關課題選為：提高雙相不銹鋼管線的焊接質量。

2 現場調查及目標值分析

2.1 現場調查

在項目開始施工前，先在陸地對雙相不銹鋼管線進行預制工作，對已完成焊接的13道6寸雙相不銹鋼管線焊口進行NDT檢驗，VT與PT檢測結果合格，每道焊口拍片數量為4張，RT檢測共52張片子，其中5張片子不合格，焊縫合格率為：檢查合格片子數量/檢查片子總數量=90.4%，焊縫缺陷情況見表1。

表1 雙相不銹鋼管線焊縫缺陷統計表（活動前）

2.2 目標值的可行性分析

設定雙相不銹鋼管線的焊縫合格率達到98.0%以上。通過現場調查得知，氣孔主要是導致雙相不銹鋼管線焊縫不合格的主要原因，如果能消除焊縫氣孔缺陷，焊縫合格率將提高7.7%，即提高到98.1%，達到了公司與項目的質量目標值。

3 原因分析

從人、料、法、環(huán)等方面對焊縫的主要缺陷進行原因分析, 對查出的9條末端因素進行逐條確認。

3.1 確認選用電流參數

現場調查結果顯示，雙相不銹鋼管線焊接所使用的電流分別為148 A與150 A，均在焊接工藝規(guī)程要求的130～170 A范圍內，電流參數符合要求。

3.2 確認焊工有無雙相不銹鋼管線的焊接經驗

結果顯示，焊工具有相應且在有效期內的資質證書，并查閱其近3年各項目中的雙相不銹鋼管線焊接記錄。記錄表明，在以往的項目中焊工曾參與過雙相不銹鋼管線的焊接工作，具有豐富的焊接經驗。

3.3 確認氬氣純度

廠家提供的氣體成份報告：氬氣純度為99.99%；焊縫經過RT檢驗，未出現密氣孔缺陷，氬氣純度符合焊接工藝要求。

3.4 確認坡口打磨與組對

管件坡口使用磨光機打磨，磨片材質為不銹鋼，坡口表面及附近范圍內光滑亮澤；管線采用V型坡口對接，管線組對內部齊平，坡口角度為60°，根部間隙為3 mm[2]，符合焊接工藝要求。

3.5 確認預熱與層間溫度

現場查看焊接記錄，預熱溫度≥20 ℃，層間溫度≤150 ℃[3]，均符合焊接工藝要求。

3.6 確認擋風措施

雙相不銹鋼管線在陸地廠房內進行施焊，廠房擋風措施良好，風速≤2 m/s[4]，符合施工條件要求。

3.7 確認氬氣保護是否到位

現場調查發(fā)現焊縫根部被氧化，RT底片上顯示在焊縫根部有氣孔，背面氬氣保護不到位，為導致缺陷的主要因素，不符合要求。

3.8 確認焊接工藝方法

焊接工藝規(guī)程要求采用多層多道焊，可以有效控制熱輸入與層間溫度。焊工現場采用的是多層單道焊，導致每道焊縫熱輸入增加，不符合焊接工藝要求。

3.9 確認收弧時操作是否合理

焊縫經過RT檢驗，底片上顯示在收弧地方有縮孔缺陷，確認收弧時操作不當，不符合操作要求。

綜上所述，產生焊縫氣孔的主要原因：

1）背部氬氣保護不到位。

2）焊接工藝不合理。

3）焊接收弧時操作不當。

4 制定對策

針對上述主要原因，制定了對策表，見表2。

5 對策實施

雙相不銹鋼管線材質為SA-240 S31803，焊接方法：GTAW，正背面采用氬氣保護[5]。

5.1 采用有效的充氬措施

5.1.1 背面充氬方案

1）采用背面充氬保護工藝，以避免焊縫根部氧化或產生氣孔。不僅第2層打底時需要充氬保護，第2層氬弧焊仍需充氬保護。

2）大徑管充氬方法。一般情況下，可制作專用工具；無法采取專用裝置時，可用耐高溫硬紙板配合耐溫膠布等材料在焊口附近形成密閉氣室。

3）充氬位置：

（1）從開孔處進行充氬；（2）利用對口間隙，將細長銅管或雙相不銹鋼管敲扁后通過坡口伸進焊接區(qū)域，進行充氬保護；（3）從管道開口端，利用制作的充氬工具進行充氬。

5.1.2 焊接參數要嚴格按照焊接工藝要求

1）氬氣流量：正面13～20 L/min；背面20～25 L/min。

2）根部焊縫厚度不少于3 mm，防止填充燒穿打底層，造成根部氧化及產生氣孔。

實施效果：采用有效的充氬措施，消除了根部氧化及根部焊縫氣孔。如圖1所示。

圖1 背面充氬

5.2 采用多層多道焊接

施焊時，送絲速度與焊槍運動應相適應，在坡口間隙較大的情況下，焊絲應跟著焊槍作橫向擺動，焊絲熔化時，不得離開氬氣保護區(qū)，以免高溫氧化或產生氣孔從而影響焊接質量。雙相不銹鋼管線的焊縫金屬結晶時冷卻速度快，當層間溫度過高時，焊縫內部的氫氣會無法及時逸出，未逸出的氫氣在焊縫內部產生氫氣孔。為了有效地控制熱輸入與層間溫度，焊縫填充及蓋面采用多層多道焊接。多層多道焊縫厚度薄，溫度易于控制，熔池流動性均勻易于焊工操作，焊縫熔透性強，焊縫金屬結晶好，焊縫表面即均勻又美觀。

實施效果：焊縫填充及蓋面選擇了多層多道焊接工藝，焊縫內部及表面未出現氣孔及未熔合缺陷。如圖2所示。

圖2 多層多道焊

5.3 采用引弧或者打磨方式

收弧時，焊接速度應適當減緩，以增加焊絲的填充量，待熔池填滿后不再加絲，同時應立即將電弧引至坡口邊緣，快速滅弧。當采用圓圈收弧時，收弧點焊縫會由于焊絲未填滿而產生縮孔，或者焊絲填充過多而熔池流動不好進而導致氬氣保護不到位，使收弧焊縫產生氣孔。氣孔缺陷不得用熔化法清除，縮孔或者收弧焊縫應采用磨光機進行打磨，打磨即可以消除收弧缺陷并有利于下一步的起弧焊接。

實施效果：收弧時選擇了引弧或者打磨方式，清除了收弧縮孔。如圖3所示。

圖3 打磨收弧焊縫

6 效果檢查及鞏固

6.1 效果檢查

項目的現場焊縫進行100%VT＋100%PT＋100%RT檢測，檢測結果都合格，符合規(guī)范要求，焊接合格率達到100%。消除了焊縫缺陷，提高了雙相不銹鋼管線的焊接質量，焊接合格率達到了公司與工程的質量要求。

6.2 鞏固措施

在以后的施工中還需要不斷地摸索，對焊工加強理論知識培訓，提高焊工的實踐操作技能，選擇合理的焊接工藝，改善焊接作業(yè)條件，提高焊接作業(yè)效率，加強現場焊接過程監(jiān)控，分析焊縫缺陷的原因所在，排除存在的各種不利因素，嚴格控制焊接質量關，確保焊接合格率滿足工程的要求。

7 結論

通過從人、料、法和環(huán)等方面對焊縫的主要缺陷進行原因分析，在現場調查找出主要因素的基礎之上，制定了合理的對策并高效進行實施，從而消除了雙相不銹鋼管線的氣孔、未熔合等焊縫缺陷，提高了雙相不銹鋼管線的焊接質量，取得了預期的成效。雙相不銹鋼管線焊接質量的提高，既加快了陸地的預制工作進度，又滿足了海上平臺工藝管線的安裝需求。本文為雙相不銹鋼管線的焊接質量控制提供了成功的經驗。