王林 程磊 趙成軍 白值尹

國家管網集團西部管道新疆輸油氣分公司

摘要：基于氬電聯焊焊接原理，分析了大口徑高鋼級管道氬電聯焊在實際應用中可能出現的裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等缺陷的特征、危害及成因，提出了各類缺陷防控的針對性措施，對提高高鋼級管道氬電聯焊焊接質量具有借鑒意義。

關鍵詞：高鋼級管道；氬電聯焊；缺陷成因；缺陷控制

氬電聯焊是一種采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面的復合焊接工藝，該工藝兼顧氬弧焊質量高、成型好、無熔渣和電弧焊適應性強、焊接速度快、操作靈活等優點。大口徑高鋼級長輸管道廣泛采用氬電聯焊工藝，對于管道焊接質量和效率的提升發揮了重要作用。盡管氬電聯焊工藝具有諸多優點，但在實際作業中因人員操作不當、防風措施失效、焊接參數設置不合理等因素會導致焊縫出現裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等焊接缺陷，對油氣管道運行帶來安全隱患。

1  氬電聯焊缺陷成因

裂紋。大口徑高鋼級輸油氣管道氬電聯焊焊口最主要缺陷之一，一般比較細小，以絲狀、網狀、環狀等形式存在，多出現在焊縫區域或者熱影響區。裂紋也是焊接缺陷里危害最為嚴重的一種，其最大的特征是具有擴展性，在一定的條件下會不斷地“生長”，對管道的強度、密封性等產生影響，甚至會引發嚴重的安全生產事故。裂紋是在焊接環節中由多種因素共同作用下形成的，包括強力組對焊接應力過大、焊接參數設置不合理、焊接材料質量不達標、焊接工藝選擇不當等。

氣孔。在大口徑高鋼級管道氬電聯焊焊口中氣孔發生概率非常高，會引起應力集中，氫氣孔還可能促成冷裂紋。氣孔的產生減少了焊縫的有效截面積，降低了焊縫的機械性能，損壞了焊縫的致密性，特別是直徑不大、深度較深的圓柱形長氣孔危害極大，可能直接造成介質泄漏、著火爆炸等嚴重事故。氣孔的形成是焊接開始之前沒有徹底清理焊接作業位置的污物、鐵銹，或者焊接環境條件達不到焊接要求、焊接材料不合格而引起的。

夾渣。在大口徑高鋼級管道氬電聯焊焊口中出現概率相對較高，主要以線狀、點狀、片狀存在，并且在多個區域分布極為不均勻，帶有尖角的夾渣會產生尖端應力集中，可能發展為裂紋源，危害較大。如果夾渣缺陷不能有效消除，將會導致焊接位置的強度和塑性下降，嚴重者會出現管道的開裂、失效等。夾渣缺陷主要由焊口存在雜質、氧化物等原因形成。

未焊透、未熔合。大口徑高鋼級管道氬電聯焊焊口中的未焊透、未熔合減少了焊縫的有效截面積，使接頭強度下降，引起應力集中，降低焊縫的疲勞強度。未焊透應力集中嚴重，可能成為裂紋源，其危害性僅次于裂紋，是造成焊縫破壞的重要原因。造成未焊透、未熔合的主要原因包括坡口角度、對口間隙、鈍邊、錯邊量及焊接參數不合理等。

咬邊。大口徑高鋼級管道氬電聯焊焊口中的咬邊會導致焊接位置的強度性能下降，減小母材的有效截面積，產生應力集中，進而引起裂紋，在疲勞載荷作用下，降低結構的承載能力，嚴重者會出現斷裂。咬邊是因為電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補充，留下的缺口、溝槽形成的。

2  氬電聯焊缺陷控制

一般要求。為有效控制氬電聯焊缺陷，提高焊接質量，應通過作業前考試等手段對焊接人員技能水平進行評估，安排具備作業能力的人員進行焊接。作業前對焊接設備進行檢查，包括儀表、旋鈕、電源極性、電源線等，確保焊接設備各項輸出參數正常。使用的焊條、焊絲應有出廠說明和質量保證書，并經復檢合格。按規定做好焊材的儲存、發放、出入庫記錄。作業當天未用完的焊材，應妥善保管，防止受潮。使用過程中按照焊接工藝規程要求的烘干溫度、時間、次數進行烘干并做好烘干記錄。

裂紋缺陷控制。焊接作業前應對材料進行全面檢查及預處理，同時確定合理的焊接參數和工藝方案，防止因熱應力或者焊接應力引發裂紋。作業過程中，焊接電流、焊接速度、預熱溫度、層間溫度、層間焊接順序、每層焊縫厚度、氣體流量都應符合焊接工藝規程的要求，并做好監測和記錄。重點做好以下工作：①焊前仔細清除坡口周圍基體金屬表面和焊絲上的水、油、銹等污物，減少氫的來源，以降低焊縫中擴散氫的含量；②采取焊前預熱和焊后緩冷的辦法，防止產生熱裂紋；③采用低氫型堿性焊條，按照工藝規程要求嚴格烘干；④工藝方面改善粗晶粒區的組織，減少馬氏體組織，保證接頭具有一定的韌性；⑤減少應力集中并降低殘余應力，在保證強度條件下，盡量選用屈服強度低的焊接材料；⑥選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力；⑦焊后及時進行消氫熱處理。

氣孔缺陷控制。焊接作業時應嚴格執行規范化操作要求，焊接前對焊接區域進行清理，保證沒有雜質、油污等影響焊接質量的因素，同時還要重視環境監測，確保環境風速、溫度、濕度符合作業要求。重點做好以下工作：①清除焊絲、坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分等污物；②焊前預熱，減緩冷卻速度；③采用堿性焊條施焊，短弧焊接；④按規定的溫度和時間進行烘干，取出后放在焊條保溫桶中隨用隨取；⑤焊條藥皮無開裂、脫落、變質、偏心。焊絲表面應清潔，無油無銹；⑥運條角度要適當，操作應熟練；⑦焊接作業時做好防風措施；⑧焊接前檢查氬氣純度，氬氣管、氬氣表、焊槍密封良好；⑨降低焊接速度，使液態熔池中的氣泡溢出。

夾渣缺陷控制。主要通過采用符合焊接工藝規程的坡口設計、薄層多道焊接、對焊道進行仔細清渣打磨等方式來控制。焊前應將焊接區域內鐵銹和油污清除干凈，坡口角度不宜過小，坡口內及兩側、層間的熔渣必須清理干凈。選擇焊接參數時，電流不可太小，焊接速度不能太快。焊接時隨時調整焊條角度及擺動幅度，確保焊接接頭的性能達到要求。重點做好以下工作：①合理選用焊接材料，充分脫硫、脫氧；②選用合適的焊接參數，以利于熔渣的浮出；③多層焊時，注意清除前一層焊縫的熔渣；④焊條要適當擺動，以利于熔渣的浮出；⑤在坡口兩側適當停留，防止出現夾槽；⑥采用合理的焊接順序；⑦薄層多道焊接；⑧坡口加工符合設計要求。

未焊透、未熔合缺陷控制。選擇合適的焊接參數以及工藝方案非常重要。焊接工藝中要確定焊接電流、焊接速度、焊接角度等參數。對焊接部位全面清潔處理，確保沒有任何影響焊接質量的氧化物以及雜質。重點做好以下工作：①焊前預熱，預熱溫度及層間溫度符合工藝規程要求；②掌握正確的焊接操作方法，把熔敷金屬送至坡口根部；③坡口加工符合設計要求，坡口角度、對口間隙、鈍邊、錯邊量均符合設計要求；④在焊接工藝規程允許的范圍內，采用較大的焊接電流；⑤管口有磁時，進行消磁處理，防止磁偏吹現象；⑥采用短弧焊接。⑦采用多層多道焊，控制每層填充金屬厚度；⑧運條時注意坡口兩側停留時間。

咬邊控制。調整焊接參數，選擇符合要求的焊接工藝，并落實焊接人員的培訓和教育。將焊縫兩側的氧化物、雜質等清理干凈，使得焊接作業能夠有序開展。重點做好以下工作：①保持正確的操作姿勢，焊接速度適當；②坡口兩側清理干凈，防止污物阻礙液態金屬的流動；③選用合理的規范，焊接電流不宜過大；④采用正確的運條方式，坡口兩側稍作停留；⑤按照焊接工藝規程要求，蓋面層焊道兩側加寬；⑥采用短弧焊接；⑦減小焊接速度，保證熔池溫度，提高液態金屬流動性。

3  結語

大口徑高鋼級管道氬電聯焊焊口缺陷主要包括裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊等，各類缺陷的特征、危害及成因各不相同，但都會影響后期管道系統的安全可靠運行。在氬電聯焊作業中要重點加強人員培訓、選用合格的焊接材料、優化焊接工藝參數、嚴格焊接現場管理和過程質量控制，最大限度避免各類焊接缺陷的形成。

作者簡介：王林，1984年生，大專，助理工程師，現任新疆輸油氣分公司哈密維搶修隊焊工，主要從事輸油氣管道維搶修及相關工作。聯系方式：15299778159，402852790@qq.com。