长输管道工程焊接及其质量控制

长输管道工程焊接及其质量控制

作者姓名：

导师姓名：

工作单位：

完成日期：2009 年 8 月

作者简介：

男，汉族，24岁，河北乐亭人，2008年7月毕业于，获工学学士学位。现在工作。

指导老师：

姜志阳，机械设备设计所，副总设计师

付国强，机械设备设计所，一级设计师

目次

1. 前言 (1)

2. 焊前准备 (2)

2.1焊接人员 (2)

2.2焊接材料 (2)

2.3焊接用设备 (3)

2.4坡口加工及清理 (3)

2.5定位/组对 (4)

3焊接工艺评定及焊接工艺 (4)

4焊接过程控制 (6)

4.1施焊环境 (7)

4.2焊接操作 (7)

5焊缝返修 (8)

6焊后检查 (8)

6.1焊缝外观检查 (8)

6.2焊缝内部质量检验 (8)

6.3最终检验、试验 (9)

7结论 (9)

参考文献。 (9)

长输管道工程焊接及其质量控制

摘要：长输管道的焊接是压力管道工程的关键环节之一。本文结合川气东送项目，就焊接过程中的焊前准备、焊接工艺评定及焊接工艺、焊接过程控制、焊缝返修、焊后检查五个关键环节概述如何控制管道焊接质量。

关键词：川气东送管道工程、焊前准备、焊接工艺评定及焊接工艺、焊接过程控制、焊缝返修、焊后检查

1. 前言

管道输送是石油天然气运输供给的主要方式之一。管道焊接质量的好坏将直接影响管道安全稳定运行。以川气东送管道工程为例：西起川东北普光首站，东至上海市青浦区上海末站，全程跨越5省2市，是一条贯穿我国东西部地区的天然气输送管道工程（见图1）。川气东送管线与国内外其他管道工程相比，具有线路长、管径大、地形条件复杂、站场多、设计压力高、压力等级多、技术难度大、建设周期紧，设计施工要求高的特点。焊接是贯穿管道施工建设中关键步骤，特别是川气东送管道工程，沿线地形地质条件复杂，气候潮湿、穿跨越地段多，尤其在川渝、鄂西地区，地势起伏、落差大，给焊接作业和焊接质量的保证带来巨大的挑战。因此，控制好管道的焊接质量成为川气东送管道工程建设顺利与否的关键。

图1

工程实践中所遇到的影响焊接质量的因素有很多，诸如焊接方法、焊接设备、原材料的质量、焊接材料的质量及其控制与选择、坡口的加工质量及管道组对质量、焊接环境(环境温度、相对湿度、风速等)、现场条件(如登高或地沟作业等)、

焊工素质、焊接工艺的正确性及其具体实施情况等等，本文从上述诸多因素中，归纳整理为焊前准备、焊接工艺评定及焊接工艺、焊接过程控制、焊缝返修、焊后检查五个环节，就如何能有效地使焊接全过程处于受控状态，保证压力管道的焊接质量进行分析总结。

2. 焊前准备

压力管道施工作业前，需对整个项目制定详细的计划表，在作业前进行全面的准备，笔者认为焊前准备应从焊接人员、焊接材料、焊接设备、坡口加工加工及清理定位/组对、几方面着手进行。

2.1焊接人员

对于压力管道焊接，最主要的人员是焊接责任工程师、是质检员、无损检测人员及焊工。

川气东送项目管道线路长，工作量大，施工时间短，施工环境复杂，施工单位多，参加焊接的焊工技术水平参差不齐，在这样的情况下，严格按照规范施工、检验、考核非常重要。焊接责任工程师是管道焊接质量的重要负责人，主要负责一系列焊接技术文件的编制及审核签发。如焊接性能试验、焊接工艺评定及其报告、焊接方案以及焊接作业指导书等。质检员和无损检测人员都是直接进行焊缝质量检验的人员，因此必须经上级主管部门培训考核取得相应的资格证书，持证上岗，并应熟悉相关的标准、规程规范。所选焊工应是按照现行《锅炉压力容器焊工考试规则》、《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定进行考试后，考试结果合格者，持证上岗。确保焊工技术过硬，定期抽查，保证焊缝质量。

2.2焊接材料

焊接材料，特别是焊条和焊丝是直接进入焊缝的填充材料，将直接影响焊缝合金元素的成分和机械性能，必须严格控制和管理。焊接材料的选用应遵循以下原则：

⑴应与母材的力学性能和化学成分相匹配。

⑵应考虑焊件的复杂程度、刚性大小、焊接坡口的制备情况和焊缝位置及焊件的工作条件和使用性能。

⑶操作工艺性、设备及施工条件、劳动生产率和经济合理性。

⑷焊接工人的技术能力和设备能力。

⑸焊材选择还应考虑环境因素及工作介质。

川气东送项目中，在满足以上原则的情况下，针对X70管线钢材料，根据实

际情况分析，确定了对于不同的焊接方式所选用焊条、焊丝类型。

手工焊接，焊条应符合AWS A5.1、AWS A5.5和GB/T5118的要求，采用的部

分焊条型号如表1：

表1 手工焊接焊条型号

AWS 型号药皮类型焊接位置电流类型

E6010高纤维素钠型平焊、立焊、仰焊、水平焊直流反接E8018-G低氢钾型，铁粉型平焊、仰焊、水平焊、立焊交流或直流反接E5515低氢钠型平焊立焊仰焊水平焊直流反接半自动焊接，自保护药芯焊丝应符合AWS A5.29的要求，选择E71T8-K6、E71T8-Ni1、E71T8-Ni1J或E81T8-G。焊丝直径：2.0mm。

自动焊接，实芯焊丝应符合AWS A5.28的要求，选择ER70S-G、ER80S-G。

焊丝直径：0.9mm。

不同批号的焊接材料在工程使用前必须进行复检工作。

2.3焊接用设备

焊接设备选择得当，对获得良好的焊接质量起到至关重要的作用。川气东送

项目焊接作业为例，采取了手工焊、半自动焊及自动焊的方式，因此在焊接前应

保证所用到的手弧焊机、氩弧焊机、焊条烘干设备和焊缝热处理装置应齐全、完

好、性能稳定可靠，并应装有在周检（校）期内合格的电流、电压表、压力表。

尽可能选用综合性能指标较好的专用设备，选用焊接设备的原则首选专用，设备

性能指标优中选优。同时对设备要做到正确使用、精心维护。

2.4坡口加工及清理

不同项目对于坡口要求不同，应按照项目要求进行坡口加工处理。川气东送

项目设计规定，管端壁厚相等的对接接头坡口型式参照《输气管道工程设计规范》（GB 50251-2003）附录H“管端焊接接头型式”中H.0.1条执行，外径相同、

壁厚不同的管口进行对接时，按图2的方法进行坡口的过度加工。坡口加工完成后，坡口表面应均匀、光滑，不得有起鳞、磨损、铁锈、渣垢、油脂、油漆和其它影响焊接质量的有害物质，管内外表面坡口两侧25mm范围内应清理至显现金属光泽。

（a）δ2-δ1≤10mm

（b）δ2-δ1＞10mm

图2不同壁厚坡口对接加工示意图

2.5定位/组对

管口组对应在坡口加工、表面清理完成后进行。管口的组对定位焊是保证焊接质量、促使管接头背面成形良好的关键，如果坡口形式、组对间隙、钝边大小不合适，易造成内凹、焊瘤、未焊透等缺陷。组对间隙应均匀，定位时应保证接管的内壁平齐，即要求内壁错边量不超过管壁厚度的10%，且不应大于1.5mm。如壁厚不一致，应按规定进行修磨过渡。若需焊接定位板时应在焊管板角焊缝的同一方向进行焊接。管件组对时应垫置牢固，并应采取措施防止焊接过程产生变形。定位焊时，应采用与根部焊道相同的焊接材料和焊接工艺，并由合格焊工施焊。

3焊接工艺评定及焊接工艺

焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。焊接工艺评定在管道焊接作业中扮演着重要角色，是保证焊接质量的

重要措施，它能确认为各种焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊接工艺评定，检验按拟定的焊接工艺指导书焊制的焊接接头的使用性能是否符合设计要求，并为正式制定焊接工艺指导书提供可靠依据。其作用在于：

1. 评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家或行业标准、技术规范所要

求的焊接接头。

2. 验证施焊单位所拟定的焊接工艺指导书是否正确。

3. 为制定正式的焊接工艺指导书提供可靠的技术依据。

川气东送项目对焊接工艺评定做了具体的要求：按照SY/T 0452的规定，进行了试件制备、外观检查、刻槽锤断试验、拉伸试验、弯曲试验。并对工程中使用X70、X65、X60、X52在-20℃下进行夏比冲击试验，其夏比冲击功与剪切面积百分数见表2的要求。

表2 夏比冲击韧性要求

钢级位置

夏比冲击剪切面积

SA%

夏比冲击功

（10mm×10mm×55mm）

J

单个试样

最小值

三个试样平均

值

X70

焊缝及热

影响区≥30≥40

单个试样最小值≥60

三个试样平均值≥90

X65≥30≥40单个试样最小值≥45三个试样平均值≥55

X60、X52≥30≥40单个试样最小值≥30三个试样平均值≥40

按SY/T 4109的规定进行100%射线检测或100%超声检测，射线检测质量不低于Ⅱ级为合格，超声检测质量不低于Ⅰ级为合格。

对焊缝金属和热影响区，在距钢管内表面1.5~3mm范围，每区选取三个点进行硬度试验。试验选用10㎏载荷，按GB/T 4340.1规定测定接头硬度并计算HV10值。X70、X65的硬度测定点HV10硬度值应不大于265，X60、X52的硬度测定点HV10硬度值应不大于240。

评定报告应包括各试验的主要环节、试验设备、试验数据及试验结论和评定试验技术负责人和监理代表的签名。

焊接工艺主要包含2部分内容：一是焊接工艺文件的编制，二是焊接工艺文件的执行。

川气东送项目编制的焊接技术规格书包含线路、站场两部分，对焊接材料及焊接工艺做了针对性的要求，且对于不同的焊接方式分别进行了说明和规定。对所遵循的标准、技术要求、试验和检验等内容进行了编制说明。施工单位作业前应按照焊接技术规格书要求，编写焊接工艺指导书或焊接方案、焊接作业指导书等内容。

为了保证压力管道的焊接质量，在焊接过程中除了严格执行焊接工艺文件的规定外，还必须按照有关国家标准及规程的规定，严格进行焊接质量的检验。焊接质量的检验包括了焊前检验（材料检验、坡口尺寸与质量检验、组对质量及坡口清理检验、施焊环境及焊前预热等检验）、焊接中间检验（定位焊质量检验、焊接线能量的实测与记录、焊缝层次及层间质量检验）、焊后检验（外观检验、无损检测）。只有严格把好检验与监督关，才能使工艺纪律得到落实，使焊接过程始终处于受控状态，从而有效保证压力管道的焊接质量。

川气东送项目中，为了保证管道焊接质量，结合现场作业实际情况对焊接工艺做了以下工作：

a) 根据焊接工艺指导书,并结合现场作业的实际情况,制定方案和

初拟焊接工艺；

b) 对母材和焊接材料的类型、牌号、成分及性能进行确认；

c) 进行焊接工艺评定试验。若不合格，应对焊接工艺进行适当修改，

直至评定合格；

d) 按试验记录整理试验数据，并经焊接工程师审核，由评定单位技

术负责人审批，报业主批准；

e) 以焊接工艺评定报告为依据，结合焊接施工经验和实际焊接条件

编制焊接工艺规程。焊接工艺规程应详细规定焊接程序、工艺参数、检验方法和合格标准。

4焊接过程控制

前文提到的焊前准备，焊接工艺评定及焊接工艺的制定，其目的就是保证在焊接作业中能够获得高质量的焊接接头，施焊环境、焊接操作是焊接过程中控制管道焊接质量好坏的2个关键因素。

4.1施焊环境

施焊环境是影响焊接质量的重要因素之一。施焊环境要求要有适宜的温度、湿度、风速、空气质量，才能保证所施焊的焊缝组织获得良好的外观成形与内在质量，具有符合要求的机械性能与金相组织。施焊环境应符合下列规定：（1）焊接的环境温度应能保证焊件焊接所需的足够温度和使焊工技能不受影响。当环境温度低于施焊材料的最低允许温度时，应根据焊接工艺评定提出预热要求。

（2）焊接时的风速不应超过所选用焊接方法的相应规定值。低氢型焊条手工电弧焊，风速不超过5m/s；纤维素型焊条手工电弧焊，风速不超过8m/s；药芯焊丝半自动焊，风速不超过8m/s；气体保护焊，风速不超过2m/s。当超过以上规定值时，应有防风设施。

（3）焊接电弧1m范围内的相对湿度应不大于90%。

（4）当焊件表面潮湿、覆盖有冰雪，或在下雨、下雪刮风期间，焊工及焊件无保护措施或采取措施仍达不到要求时，不应进行施焊作业。

4.2焊接操作

正确的焊接操作对提高焊缝合格率以及低返修率尤为重要，更为关键的是能够获得高质量的焊缝性能。

焊工应严格按照焊接工艺规程进行操作。同时应注意对现场焊接材料的使用管理，电焊条应进行保护避免机械破损或性能下降，若发现焊条有缺陷应丢弃。焊条的存放和处理过程中采取适当的预防措施。焊接材料的贮存及保管、烘干、发放、回收等应按规定严格执行。

另外应注意在管道安装过程中、一些材料需经数道工序的处理后才能进行安装，如管材及焊件阀门、配件、仪表等要根据输送介质的不同，需经多道工序的处理，各工序间必须做好防护处理，且各工序之间要做好交接检查工作，以防止再次污染。保证焊接过程的稳定和焊缝成分与性能符合要求。