油气管道焊接技术

油气管道焊接焊接概论焊接方法焊接材料焊接工艺评定焊前预热及焊后热处理焊缝质量检验焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。焊接方法分类：熔化焊压力焊钎焊熔化焊使被连接的构件表面局部加热熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法手工电弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊、激光焊……手工电弧焊钨极气体保护焊熔化极气体保护焊药芯焊丝电弧焊埋弧焊激光焊压力焊利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度，除去（挤走）氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现的连接称为固相焊接，也叫压力焊接。钎焊利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的熔化金属（钎料）作连接的媒介物在连接界面上的流散浸润作用，然后冷却结晶形成结合面的方法熔化焊焊接接头：母材、熔合线、热影响区、焊缝金属焊接接头的力学性能分析热影响区：加热—降温热循环形成粗晶区，强度、硬度高于母材，韧性、塑性低于母材。焊缝金属：由焊接材料与部分母材经过熔化冷凝形成的铸造组织，力学性能与焊接方法及工艺参数有关。焊接接头的残余应力对焊接质量的监督检查1、焊工资格《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98焊工必须按GB50236-98第5章的规定进行考试，合格后方可上岗施焊。《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2002从事有毒、可燃介质管道施工的焊工应按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行考试，取得合格证书。《石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范》SY0402-2000参加焊接作业人员必须是按照焊接工艺规程，经过考试取得相应资格的合格焊工，焊工按取得的相应项目施焊。《钢质管道焊接及验收》SY/T4103—1995取得资格的焊工可以进行规定范围的内的焊接工作一、焊接工艺评定（必监点）1、概述焊接工艺包括的内容相当广泛，任何一个主要工艺规范参数的改变都会对接头的性能产生较大的影响，因此在施工生产过程中每项焊接工艺应作相应的评定。焊接工艺评定的主要内容是按准备采用的焊接工艺在接近实际生产的条件下焊制模拟产品接头的试板，并从焊成的试板中按产品的技术条件制取拉伸、弯曲和冲击试样。对于新工艺，新焊接方法，新钢材和新型焊接材料必须首先进行相应的焊接性试验和工艺试验。焊接工艺评定试验只是对新工艺和新材料的最后验证。对于已经评定合格并在生产中应用的成熟工艺，如因某种原因需改变一种或一种以上主要焊接工艺参数，则需重做焊接工艺评定试验。因此，可通过焊接工艺评定这一环节严格控制产品的焊接质量，它是焊接工艺准备中不可缺少的程序。焊接工艺评定首先是按照钢种来进行的，原则上每一个钢种的接头均需焊接工艺评定试验。但为了避免不必要的重复工作，将各种钢材按其强度等级和焊接性归并成类。在所采用的焊接方法，焊接材料和焊接工艺主要参数应基本相同下，属于同一类的各种钢材，只要厚度在规定的范围内，则已评定合格的工艺可相互通用。例如Q235和20g两种钢同属于一类，如果已完成Q235钢的焊接工艺评定，则就不必再作20g钢的焊接工艺评定试验。同时，在某些焊接工艺参数的改变并不影响接头的机械性能的情况下，不是所有的焊接工艺参数的变动都需重作工艺评定试验。例如坡口形状和尺寸，接头根部间隙，焊接位置和操作技术以及焊件在焊后需作水淬或正火处理时焊接电流，电压或焊接热输入量的改变都不会促使接头的机械性能产生明显的变化。2、工艺评定一般规定（1）焊接工艺评定应采用对接接头或角接接头。对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦可用于角焊缝。（2）评定试件应采用管状试件或板状试件，板状试件评定合格的焊接工艺可用于管状焊件，管状试件评定合格的焊接工艺亦可用于板状焊件。（3）当改变焊接方法时，应重新进行焊接工艺评定。（4）当同一个焊接接头采用多种焊接方法时，可按每种焊接方法分别进行焊接工艺评定，也可进行组合焊接工艺评定，组合焊接工艺评定合格后，其中的每种焊接方法可单独用于相应厚度范围焊件。（5）焊接工艺因素分为重要因素、补加重要因素和次要因素。（参见GB50236—98《现场设备、工艺管道焊接工程施工及验收规范》）重要因素应为影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素；补加重要因素应为影响焊接接头冲击性能的焊接工艺因素；次要因素应为对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素。当变更任何一个重要因素时均应重新进行焊接工艺评定；当设计对冲击性能有要求时，增加及变更任何一个补加重要因素，应按增加或变更的补加重要因素焊制冲击性能试件进行试验；当变更次要因素时，可不重新进行焊接工艺评定，但应重新编制焊接工艺规程或焊接作业指导书。（6）母材应根据其化学成分、力学性能和焊接性能进行分类分组凡属首次焊接的材料应进行焊接工艺评定，且应使用与工程实际相同的材料。一种母材评定合格的焊接工艺可用于同组别号的其它母材。异种钢焊接工艺评定由于各标准中分类方法不同，评定合格的焊接工艺其母材认可范围须符合所选用焊接工艺评定标准的规定。（7）当改变焊后热处理种类时，应重新进行焊接工艺评定。（8）评定合格的焊接工艺其母材厚度和焊缝金属厚度的认可范围评定合格的焊接工艺其厚度的认可范围：现场设备、管道工程可参见GB50236—98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》；压力容器制造可参见JB4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》。（9）若返修工艺不同于原始焊道的焊接工艺，或返修是在原来的返修位置进行时，或当裂纹长度小于焊缝长度的8%时，必须使用评定合格的返修焊接工艺规程。（10）评定合格的焊接工艺可用于不等厚对接焊件，但焊件两侧母材的厚度都应在评定厚度的认可范围内。评定合格的焊接工艺用于角焊缝时，角焊缝母材厚度可不限。对焊接工艺评定的监督：重点审查焊接工艺评定、焊接工艺规程或焊接作业指导书是否齐全，管材、焊材质量证明资料是否齐全。（1）焊接工艺评定报告来源；焊接工艺评定报告来源是否具有相应能力的单位出具（2）焊接工艺评定所用到的母材和焊接材料焊接工艺评定所用到的母材和焊接材料应有质量证明书或复验证明资料应符合相关标准的要求。工艺评定母材的代替范围应符合所选用的评定标准的规定。（3）焊接工艺评定试板的焊接接头坡口型式和尺寸焊接工艺评定试板的焊接接头坡口型式和尺寸应符合设计要求和相关标准的规定。工艺评定试板应由本单位技能熟练的焊工施焊，评定合格的焊接工艺其厚度认可范围应在所施焊材料厚度之内（4）焊接工艺评定报告符合规程、规范情况。焊接工艺评定报告应详细记录工艺程序、工艺参数、检测结果、试验数据和评定结论，记录的数据应准确、齐全，含盖所施焊工程的全部工序内容，并经焊接工程师审查及单位技术部门负责人批准。工艺评定报告、焊接工艺规程或焊接作业指导书中编制人、审核人、批准人签名是否齐全。⑸、施焊前应编制工艺规程或焊接作业指导书，其内容应严格按照焊接工艺评定报告编制。焊接工艺规程或焊接作业指导书编制是否有支持的焊接工艺评定报告的编号。⑹、检查现场使用的管材材质、壁厚是否在焊接工艺规程或焊接作业指导书认可范围内，材质是否属于同一组别。常遇到的质量问题及处理方法1、施工单位凭经验施焊，无焊接工艺评定报告。2、焊接工艺规程或焊接作业指导书的编制无焊接工艺评定依据来作为技术支持文件。3、现场施焊的管材、焊材、焊接方法超出焊接工艺规程适用范围。4、现场施焊参数未严格按照焊接工艺规程或焊接作业指导书执行，如焊接电流、焊接层数，以及预热温度等。遇到以上问题1、2、3应责令施工单位停工，遇到问题4应责令施工单位局部停工整顿，对已施焊焊口作割口处理。焊接材料焊条的药皮不得有受潮、脱落或明显裂纹。焊条应按说明书或焊接作业指导书的要求进行烘烤，并在使用过程中保持干燥，焊接现场应设恒温干燥箱(筒)，温度控制在100～150℃，随用随取。焊条的受潮情况，在现场可从下列几方面判定：（1）包装的防潮性差和包装的破损，通常会导致焊条吸潮严重。（2）储存期长的焊条，目测如发现药皮表面出现霉状斑点，焊芯有锈迹，则表明焊条受潮严重。（3）将几根焊条平放在手中摇动，听不到清脆的金属声，表明焊条已受潮。（4）在焊接时焊条出现电弧吹力大，熔深增加，飞溅增大都说明焊条已受潮。焊剂在使用前应按产品说明书进行烘干焊丝使用前应清除其表面的油污、锈蚀等。常用焊条烘干规范焊条类别药皮类型烘干规范及条件温度℃时间min烘后允许存放时间（h）允许重复烘干次数(次)碳钢焊条钛型钛钙型钛铁矿型75～15030～6085纤维素型70～10030～6063低氢型300～35030～6043低合金钢焊条非低氢型75～15030～6043低氢型350～40060～90E50XX4E55XX2E60XXI3E70~100XX0.52奥氏体不锈钢焊条低氢型250～30030～6043钛型、钛钙型150～250铬不锈钢焊条低氢型300～350钛钙型200～250焊剂的烘干温度和时间种类烘干温度/℃烘干时间/h熔炼型焊剂150～3001烧结型焊剂200～4001质量监督要点在质量监督过程中，焊材的检查是一个重要的控制点，应对焊材的使用管理进行重点监督。焊接材料的检验方法主要是在焊接过程中检查质量证明书或复验报告，并对现场使用的焊接材料的实物质量和使用情况进行检查。（1）焊接材料的牌号、规格应符合设计的要求。焊接材料代用时应有材料代用记录。（2）焊接材料的质量必须符合现行国家标准的规定。焊接材料须有产品质量证明书或材料复验报告。（3）焊条、焊剂的烘干应符合产品说明书或有关规定。当焊接材料需要复验时，复验的项目要齐全，方法合理，结论应该明确，当有不合格项目时，应进一步追踪对不合格焊接材料的处置情况。（4）焊条在使用过程中，应严格执行领用、发放、回收制度。焊条的现场管理应符合规定。监督人员应对焊接工作记录、材料代用记录、产品质量证明书或复验报告、烘干记录、焊材发放和回收记录等资料进行抽查，并对施工现场焊材的使用情况进行监督检查。不合格的焊接材料应立即停止使用，质量有怀疑的焊接材料应做复验。焊接环境《石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范》SY0402-2000在下列不利的环境中，如无有效防护措施时，不得进行焊接作业1、雨天或雪天。2、大气相对湿度超过90％。3、风速超过2.2m／s(气体保护焊)，风速超过8m／s(药皮焊条手工电弧焊)，风速超过11m／s(药芯焊丝自保护焊)。4、环境温度低于焊接规程中规定的温度时。5、常用管材允许焊接的最低环境温度：低碳钢为-20℃，低合金钢为-15℃，低合金高强钢为-5℃。《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-20021、焊接环境温度低于下列要求时，应采取提高焊接环境温度的措施：（1）非合金钢焊接，不低于-20℃；（2）低合金钢焊接，不低于-10℃；（3）奥氏体不锈钢焊接，不低于-5℃；（4）其他合金钢焊接，不低于0℃。2、管道的施焊环境若出现下列情况之一，而未采取保护措施时，应停止焊接作业：（1）焊条电弧焊焊接时，风速大于或等于8m/s；（2）气体保护焊焊接时，风速大于或等于2m/s；（3）相对湿度大于90%；（4）下雨或下雪。《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98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焊工技能不受影响。2、焊接时的风速不应超过下列规定，当超过规定时，应有防风设施。（1）手工电弧焊、埋弧焊、氧乙炔焊：8m/s。（2）氩弧焊、二氧化碳气体保护焊：2m/s。3、焊接电弧lm范围内的相对湿度应符合下列规定：（1）铝及铝合金焊接：不得大于80%。（2）其他材料焊接：不得大于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时，不应进行焊接。焊前预热：