管道焊接环节质量控制探讨
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摘要：焊接是管道施工建设中质量控制的重要环节之一，控制好管道焊接质量，焊接环节的控制是关键，从焊接过程最基础的各个环节源头加以环环严格控制，杜绝一切影响焊接质量因素的存在，消除实施焊接过程中容易被忽视的环节因素，保证管道焊接施工质量，为管道安全营运和经济营运提供良好的保障运行环境。
关键词：管道；焊接；质量；控制
管道施工建设中的焊接过程质量控制是关系到管道建设项目的整体质量，它的好坏将直接影响到管道投入使用的安全性和经济性。控制好管道施工焊接质量，是管道施工中的一个关键问题。随着我国油气资源的开发利用，相应的油气管道建设项目的实施对管道的营运安全性和经济性就显得特别突出。就此而言，加强管道焊接施工质量就尤为重要，针对这个问题，结合多年从事管道施工建设管理的经验，对管道施工建设中容易被忽视或不被引起重视的人为焊接质量控制问题与同行们探讨。
一、焊工
焊工是管道施工建设质量的最重要关键环节控制源，他对管道焊接施工质量优劣起着重要的作用。焊工焊接技术素质的高低是决定管道焊接质量的重要因素，也是不可忽视的一个关键过程。原劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局颁发的《压力管道安全管理与监察规定》中对“从事压力管道焊接的焊工和无损检测的检测人员，必须按有关规定取得劳动行政部门颁发的特种作业人员资格证书”。GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》中对“焊工必须按本规范的规定进行考试，合格后方可上岗施焊”。国家质量监督检验检疫总局颁发的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》（以下简称焊工考规）中规定“经基本知识考试和焊接操作技能考试合格的焊工，由焊工考委会将（焊工考试 基本情况表）和（焊工焊接操作技能考试检验记录表）报考委会所在地的地（市）级安全监察机构，经审核后签发焊工合格证。持证焊工应按本规则规定，承担与考试合格项目相应的锅炉、压力容器和压力管道的焊接工作”。国家标准、规范对焊工的要求作出了明确严格的规定，而在实际工作中往往出现对焊工资质检查确定上不够严密，主要体现在以下几个方面。
（一）焊工合格证的有效期
在实际工作中，有的部门或管理人员在检查焊工资质时，往往只注重是否有证，而忽略了证件的有效期和焊工的实际操作项目。《焊工考规》中规定“焊工合格证（合格项目）有效期为3年：中断受监察设备焊接工作六个月以上的，再从事受监察设备焊接工作时，也必须重新考试。”焊工合格证的有效期是以焊工考委会将〈焊工考试基本情况表〉和〈焊工焊接操作技能考试检验记录表〉报考委会所在地的地（市）级安全监察机构，经审核后签发焊工合格证的日期。在有的地方或企业对从事焊接工作的焊工出现管理上的疏漏，如在北方的管道施工建设就要因地理环境和管道建设量能的影响导致管道焊接作业中断出现空档，致使焊接技能受到影响。在审查焊接操作人员资质时出现是考虑了有否证件，而忽视了上述原因，也视为合格焊工。是必导致操作技能的不合符，影响管道焊接质量。
（二）合格项目
焊工合格证中的项目是指对焊工实际施焊类别所相匹配的。在实践中，实施审查焊接资质时就有可能出现忽视与实际操作不相符的合格项目或是否满足实际施焊要求的焊工。在《焊工考规》中对焊工合格证的合格项目都做了明确的详细的具体要求，主要包含焊接方法、试件材料、焊接材料及试件形式等四部份内容。其具体内容分别是：
焊接方法又分焊条电弧焊（SMAW）、气焊（OFW）、钨极气体保护焊（GTAW）、熔化极气体保护焊（GMAW〈含药芯焊丝电弧焊FCAW〉）、埋弧焊（SAW）、电渣焊（ESW）、摩擦焊（FRW）、螺柱焊（SW）等；
试件材料分为Ⅰ（碳素钢）、Ⅱ（低合金钢）、Ⅲ（马氏体钢、铁素体不锈钢）、Ⅳ（奥氏体不锈钢、双相不锈钢）四类。每类试件材料中都列举了较多的钢号，在同一类别材料中，一种钢号考试合格后，可免去该类别中其它钢号的考试，类别较高的考试，可免去类别较低的考试，异种钢焊接时，若母材的两类钢均在列表中，以两类钢中类别较高的为准，若两类钢中有第Ⅳ类钢时应分别进行两类钢考试合格：对焊机操作工采用某类别任一钢号或变更焊丝钢号（型号）、药芯焊丝类型、焊剂型号、保护气体种类和乌极种类时不需重新进行焊接操作技能考试。手工焊和焊机操作不能相互代替；
焊接材料分为钛钙型（F1）、纤维素型（F2）、钛型、钛钙型（F3）、低氢型、碱性（F3J）、钛型、钛钙型（F4）碱性（F4J）等，下向焊时一般采用纤维素型+自保护药芯焊丝；
试件形式是根据试件焊缝在空间的位置而分为板材对接焊缝试件[平焊1G、横焊2G、立焊3G、仰焊4G、]、管材对接焊缝试件[水平转动1G、垂直固定2G、水平固定（向上焊5G、向下焊5GX）、45°固定（向上焊6G、向下焊6GX）]、管板角接头试件[水平转动2FRG、垂直固定平焊2FG、垂直固定仰焊4FG、水平固定5FG、45°固定焊6FG]、螺柱焊试件[平焊1S、横焊2S、仰焊4S]等。
在实际工作中，为防止与管道建设实际操作不相符的合格项目或不能满足实际施焊要求的焊接操作人员流入施工项目中，以便控制管道施焊质量。应特别注意焊工持有的焊工合格证中合格项目与所操作的项目是否相适应，是否满足实际施工作业现场的焊接方法、母材钢号、焊接位置、和焊接材料，把不符合要求的焊工从源头加以控制，切实把好管道焊接质量这道关键工序，确保管道安全平稳运行。例：某管道材质为X52，管材规格为Φ325*7，根焊采用E6010的焊条，填充和盖面采用71T8-K6药芯焊丝下向焊接。其项目代号为：SMAW-Ⅱ-5GX-325-F2和FCAW-5GX-03/09。
此外，还应对被焊材料和焊接材料进行验收确认加以严格控制，防止被焊材料与焊接材料不相符或将不合格的材料误用、错用而产生焊接缺陷，如焊接裂纹、焊接气孔等主要影响焊接质量的缺陷。
二、焊接工艺质量控制
（一）焊接工艺文件
焊接工艺文件是指导实际施焊操作的重要部分。焊接工艺文件包含：焊接工艺评定报告、焊接记录、焊接接头理化试验、焊接作业指导书等。在管道施工建设时，施工单位应按管道设计图纸和施工技术要求做与实际施工焊接相适应的焊接工艺评定，依据评定合格后的焊接工艺评定报告编制焊接作业指导书，焊接作业指导书编制应按实际施焊的焊接环境相适应的坡口、组对间隙、焊接位置、焊前预热、焊接材料的规格型号选取层间温度、焊接层数、施焊电流、施焊电压、焊后热处理、无损检测等。焊接作业指导书是指导现场实际焊接操作的正确实施，从而确保焊接施工质量。
（二）焊接工艺参数
合理的焊接工艺参数，能有效控制因焊接而产生的缺陷，提高焊接质量。在施焊过程中因焊接电弧电压过高或过低，焊接速度过快或过慢，都将产生因电弧燃烧不稳定，而不易脱渣，焊道内出现气孔等焊接缺陷。焊接电流的大小对焊接质量也有较大影响，焊接电流的提高，可以提高焊接效率，但容易产生母材金属的坡口两侧咬边，在根焊时甚至烧穿，形成焊瘤。焊接电流过大，焊条药皮因过热发红失去气体保护作用，产生气孔、夹渣等缺陷。对纤维素型下向焊条施焊，出现焊条药皮发红时，该段焊条应废弃。焊接电流过小，又会出现母材金属未充分熔溶，导致夹渣和未焊透等缺陷。因此，选择合理的焊接工艺是控制焊接质量的最基本条件。
三、焊接设备
焊接设备是焊接工作中最基本的重要环节，选择性能良好，满足施焊要求的焊接设备是对焊接质量控制的基本保证。在施焊中焊接操作的焊工对焊接设备性能的不了解，随意乱接焊接电源，也不分焊机是直流或交流。由于焊接设备的使用不正确，会使焊接过程焊接不稳定，产生大量的飞溅物和焊接熔溶降低而影响焊接质量。如交流焊机的电流正负极是交替变化的，没有极性。而直流焊机的电流则不同，它有两条线柱，分别为正负极，各接焊钳和焊件，其接法有正接和反接，当电源的负极与焊件相接，正极与焊钳相接时称之为反接，反之为正接。在选用极性接法时，主要是根据焊条药皮类别和焊件所需的热量而定，当选用低氢型药皮焊条下向焊时，使用直流反接法焊接，能使焊接过程稳定，飞溅小，溶深大，焊接质量好。
四、焊接材料的选择
焊材选用的正确与否将直接影响到管道焊接质量，焊接材料的选用不当将导致焊接接头的强度降低，严重时还会产生裂纹等缺陷。所以要加强现场焊接材料选用和管理控制，防止焊接的次生缺陷，保证焊接质量。焊材选择应与被焊材料相适应的焊材来保证管道焊接质量的可靠性。一般焊接材料的选用，要考虑被焊材料的使用条件和工作环境，同时还要考虑焊条的熔敷金属性能，一般要求焊材的熔敷金属性能不应低于母材金属的性能。对低合金焊材，在使用前应进行烘烤，碱性焊条烘烤温度300℃，烘烤时间为3小时左右，纤维素焊条烘烤温度不大于100℃，烘烤时间约1小时，经烘烤后的焊材进行保温或放入便携式保温筒（开启自备电源）内，做到随用随取，当施焊环境出现风速大于8M/S相对湿度大于90%时，雨雪天气等恶劣环境时应采取有效的防护措施，否则禁止施焊。通过焊接材料的科学合理选取和使用管理，能有效防止管道焊接缺陷的再生。
五、焊接质量检验的控制
焊接质量检验是对焊接完成后终端质量控制，消除因焊接留下的对管道安全运行的次生隐患缺陷，控制好这个环节对管道运行起着可靠性保障。管道焊接质量检验分焊缝外观质量检验和无损检测
焊缝外观质量检验：焊接接头的成型、飞溅物、表面气孔、咬边、表面裂纹等。
在管道施工建设中对焊接接头的表面宏观质量控制也是很重要的。焊缝外形尺寸的大小都将影响焊接质量和影响劳动生产效率。由于焊缝外形尺寸的高低差过大，会造成焊缝局部应力集中，降低焊件的疲劳强度，焊缝线能量大，焊接接头过分受热而降低机械性能。焊缝超宽时，需求大量的熔敷金属，增加焊材和焊接操作强度，降低生产效率。如果为了一味追求提高焊接效率，节省焊材，不按标准规范加工管子坡口或组对管子，减小管材坡口加工角度，增大坡口钝边量，减小管子对接间隙，反而会在焊接过程中产生未焊透缺陷，如果操作不当，还可能导致没有足够的熔池空间而出现焊缝柱状结晶偏析，夹渣物集中在焊缝中心而产生结晶裂纹。因此，标准规范对管道焊缝的外观质量做出了明确的规定，根据管道施工建设要求或设计要求所执行的标准不同，对管道焊缝的外形尺寸和管子的坡口尺寸、组对间隙的要求也不同。中国石油天然气集团公司颁布的《管道下向焊接工艺规程》要求管口单边坡口为30°~35°，钝边厚度为1.0~1.5MM，对口间隙为1.2~2.0MM，焊缝余高为0.5~1.6MM，个别部位不得超过3MM，焊缝宽度按坡口宽度每侧增加0.5~2.0MM，
焊缝无损检测：分为：射线、超声波、表（近）面无损检测等。
焊缝无损检测是管道焊接质量控制的一环必不可少的重要环节，它主要是对焊缝金属内部因焊接过程中存在危及管道安全运行的气孔、夹渣，未熔合、未焊透、裂纹等进行检测，消除为管道安全运行埋下的隐患。在管道施工建设中由于在这个环节中控制不严或出现工作技术的疏漏都会导致误检误判。如在管道建设施工过程中，往往会出现因赶工期而忽视因中高强度材料焊接后，还没等到一定的焊缝金属冷却和焊接应力释放就进行无损检测现象，导致焊缝金属在检测后发生裂纹，给管道安全运行带来危害。由于焊接是一个金属的冶炼过程，特别是合金钢材，焊后的焊接应力还没有来得及释放就进行检测，可能在检测时没有发现缺陷，而在无损检测后发生裂纹缺陷。再如，有的对无损检测结果还没有出来就对管道进行下沟隐蔽，对无损检测出的缺陷得不到即时的返修。有的无损检测对缺陷标识不准确或标识不清而出现该处返修的没有返修。在返修时没有制定返修方案而随意返修，导致焊缝多次返修等。由于无损检测质量的控制不严，会给管道隐藏着危及安全运行的缺陷隐患，所以，无损检测在管道建设施工中起着不可忽视的至关重要的质量控制环节。
六、结语
管道建设是一项利国、利民、利企的工程建设项目，也是一项施工现场情况复杂，环境恶劣，建设施工难度变化较大的项目。因此，在管道建设施工中加强管道焊接质量的控制尤为重要。所以，强化管道建设施工中的每一个施工环节质量的管理控制和监督管理，严格管道建设施工程序，提高各方面人员技术素质和业务责任感，才能更有效地确保管道安全平稳运行。
参考文献
[1]国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》,2002.
[2]GB50236 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》.
[3]SY/T4071 《管道下向焊接工艺规程》.
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