佛山市华燃能燃气工程有限公司广东佛山528000
摘要：焊接是影响燃气管道工程安装质量的最重要的因素，直接关系着燃气的安全运输和广大人民群众生命财产安全。本文是在氩电联焊接大口径厚壁低碳合金钢施工过程中，发现管材具有磁性，焊接时发生磁偏吹，形成坡口内单边未熔，内部产生垂瘤。另外，由于雨季施工，受外界因素影响，焊接时产生大量气孔，射线检测一次合格率低（87％），达不到要求，严重影响了施工质量，延缓了施工工期。通过分析总结改善了焊接方法和工艺进行改善，对外部因素采取有效的防护措施，最终消除了磁偏吹对焊接的影响，提高了焊口的可焊性，在复杂外界环境下完成高质量的焊接（一次合格率98.83），提高了焊接质量，提前完成施工任务。
关健词：氩电联；大口径；厚壁；低碳合金钢；焊接工艺；焊接方法；磁偏吹；外部因素。
前言
1、工程简介：
为更好服务客户保证燃气全天候多气源供应，集团对高要蛟塘气站进行升级改造，将原有三套调压设备迁移，增加一套计量设备。在原有基础上增设LNG站。我司作为集团的工程公司负责站内设备以及站内站外新旧管线的改造。500立方液化储气罐和8套6000立方气化器由佛山市华南特种体有限公司供货。本工程是集团精品标杆工程，工期短。3月份进入雨季，天气潮湿多雨，风大、场地狭小，地下地上新旧管线错综交叉。
LNG液化储气罐和气化器设计压力为1.6Mpa，均为地上施工。焊口有DN300312道，DN400131道，DN500128道。所有管材管件均有12mm厚的20号钢。所有焊缝100％射线伤，焊口均采用定位焊接，要求单面焊接双面成型。地下管线均为双排管线，间距为600mm，操作空间狭小，有地下渗水，极大地增加了施工难度。
2、问题提出及采取的措施：
进行完技术交底后马上投入施工，经检测，前三天焊口一次合格率为87％，返修率过高，达不到97％的预定目标，不符合集团公司精品工程的要求，监理工程师下达了停工整顿的通知。项目部连夜召开了由项目经理、主管、技术员、施工员、班组长、焊工参加的焊接分析总结大会，主要缺陷是根部未熔、气孔、夹渣、内凹有垂瘤。从每一道工序入手逐一排查，对焊材、焊接设备、焊接工艺逐一分析研究发现管材具有磁场，焊接时发生磁偏吹。针对出出的项目制定了的多种有效的保护措施和操作方法，从而保证了焊接质量。
2.1.1材料及焊材：
20号钢为低碳合多多钢其化学成分和力学性能见表1-4
表1
表4
2.2焊条选用原则：
2.2.1等强度：焊接低碳合金钢时一般选用E43﹡﹡（J42﹡）系列焊条。20号钢抗拉强度平均值为41.75Mpa，E43﹡﹡（J42﹡）系列焊条抗拉强度不小于420Mpa，正好匹配。（见表5）
2.2.2根据接头形式、板厚、焊接位置、焊接性能及设备等选用E4303（J422），适合全位置焊接，焊机可采用交直流正反接，操作方便。
表5
2.3.1焊丝选用：
对于碳钢及低合金钢高强钢主要是按“等强度”的原则选用，TIG-50力学性能完全满足20号钢的焊接（由表6可知），由于是定位焊选用直条适合全位置焊接。
表6
由表1-4可知管材及管件均为低碳合金钢（碳当量≤0.30％），具有良好的焊接性能和力学性能，焊接时电弧稳定、飞溅少、成形美观，操作得当完全可以得到优质的焊缝。
2.4焊接工艺：
2.4.1焊接方法采用氩弧焊打底不禁管道内没有焊渣而且焊接速度是手工电弧焊的2-3倍。电焊填充盖面，操作比较灵活受外界因素影响比较小，其焊接工艺见表7
表7
注：111焊条电弧焊，141非熔化极气体保护焊（TIG）
2.5操作：
2.5.1焊前准备：
先将焊口两侧20mm范围内的锈、油漆、、污物等杂质清理干净，露出金属光泽，经检查合格后进行组装。地上部分先将防风棚吊至焊口位置，地下部分采用沾布围闭，消除外界风力过大对氩气保护的破坏，形成一个相对的密闭空间后对焊口两侧进行预热，使母材水分蒸发，保证周边相对湿度降到80％以下。
2.5.2定位焊：
焊口组对采用无应力对接，管与管件组对使用外对口器，分别在焊口的2点钟和10点钟进行点焊，每处长度为20-30mm.管对管组对使用内对口器无需定位焊，打底层完成后即可撤除。
2.5.3消磁：
使用焊钳线在管端30-40mm范围缭绕10-15圈，然后将焊机正负极连接通电，使其形成短路，利用负载电流产生的磁场与管端磁场方向不同，从而减弱或消除磁场，电流为80-100A（电流过小不能消除磁场，电流过大磁极被同化。）如不能消除，将引弧板置于焊口中间，把焊机电流调至130-150A，焊枪在引弧板上起弧焊接，使其形成短路，直至磁场消失。
2.5.4.焊接：
为了提高工作效率用有流水作业，安排6名焊工为一个机组，两名打底焊接，4名填充盖面。（每名焊工持有相应项目的《压国容器焊工》证，且在有效范围内，经项目部考核合格持双证上岗。）
2．5．4．1水平固定焊接
2．5．4．1．1打底层：
为减小焊接变形，A、B两名焊工同时对焊，A焊工从6点钟过2mm处起弧，沿须时针方向施焊至12点钟结束。B焊工沿逆时针方向从3点钟开始到12点钟结束，然后再从6点钟开始到3点钟结束完成打底层的焊接。合口前留30-50mm观测内部成形，确认无缺陷后方可封闭环口。
为防止母材划伤，采用坡口内高频起弧，焊弧引燃后迅速移动到起焊点，观察到母材熔化后向前填送焊丝，为防止熔池下垂、避免内凹，底部焊接焊丝采用内部送丝法，焊到立面位置焊丝逐渐向坡口外移动，直至上部平焊采用用外部填丝法，能够有效避免产生垂瘤。喷嘴紧母材坡口，焊丝与母材保持20°夹角，焊丝与焊枪保持90°，焊枪左右摆动交替向前移动，既有效控制熔池使内部成形更加均匀，又能使氩气更好的保护熔池，避免气孔的产生。每次熄弧采用反复点焊，使熔池渐冷，防止宿孔产生。操作顺序见图一
图一图二
2．5．4．1．2填充层：
C焊工从6点钟起弧沿须时针方向到12点钟结束，D焊工等C焊工完成第一根焊条更换焊条时在6点钟起弧沿逆时针方向至12点钟结束。C焊工先到12点熄弧，由D焊工完成合口。清根处理后进行下一次填充层的焊接，能够有效控制层间。运条用用小幅左右快速摆动，间焊道内夹角稍作停留，能够防止夹渣和层间未熔。焊条与母材始终保持75°-80°夹角，遂管道曲率调整角度，控制药渣始终在熔池后方，既能方便观察熔池又能有效防止夹渣产生。
2．5．4．1．3盖面层：
采用大小月牙或正反8字运条，中间快速摆过，两边稍作停留稳弧，保证焊缝两边饱满圆滑，能够形成美观外形，有效防止产生咬边。12点钟合口采用划大圆圈收弧，避免产生弧坑。操作顺序见图二
2.5.4.2垂直固定焊接
2.5.4.2．1打底层：
焊缝共有四层10道①打底层，②-③、④-⑥填充层、⑦-⑩盖面层。
打底层：A、B两名焊工分别从相对180°位置同时起弧，采用左焊法焊接，焊枪上下摆动，从左向右前行，焊接速度均匀。为防止下垂，在上坡口填送焊丝，焊枪在上坡口钝边比下坡口钝边停留的时间稍长，利用熔池金属重力下垂使焊缝成形上下一致。
2.5.4.2．2填充层：
采用右焊法，能够提高填充速度，第一道填充焊条角度上仰10°-15°，第二二道下垂10°-15°，能有效控制焊道成形平滑，防止夹渣产生。第三层填充金属厚度要低于母才1mm，但不能融化母线，利于盖面层焊接成形。操作顺序见图三
图三
2.5.4.2．3盖面层：
采用左焊法使焊条稍前倾80°-85°，不影响视线容易观察，焊缝成形平缓美观，焊缝平直度容易控制。
每层焊道之间接头都要错开10-20mm。
每层焊后清渣各道焊缝相互答接1\2，防止夹渣产生，收弧时填满弧坑。
2.6质量检验：
每道焊缝焊接完成后进行外观检查，外观合格后方可进行无损检测。焊缝外观检查执行《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369中10、3、1的规定，且符合以下规定：
1、外观成形均匀一致，焊缝及热影响区不得有裂纹、未熔合、夹渣、飞贱等缺陷。
2、焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高不大于20mm。局部不超3mm，超进3mm进行打磨，打磨后与母材平滑过度，不得伤及母材。
3、焊缝表面宽度每侧比坡口表面宽0.5-1mm，宽窄差不大于±2mm.
4、最大咬边尺寸符合表8
凡参加管道焊缝无损检测人员必须经过（省市级劳动局或无损检测学会）考试，并取得有关部门颁发的并与其工作相应的资格证书。
射线照相检测结果符合《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》GB53069中10、3、7规定且焊缝相同位置只能返修一次。
射线检测结果
3.结论
从检验结果表明：氩电组合焊接工艺改善后能够在复杂环境干扰下焊接出优异的焊缝，射线检测一次合格率为98.83℅，施工质量优良，从而保证燃气安全运输，得到高要、高明区广大客户信赖，为公司取得荣誉。
参考文献：
[1]张子荣、时炜合编〈简明材料选用手册〉第二版，机械工业出版社，2004、3
[2]姜振平、张文明、焦万才合编《焊接材料速查手册》，辽宁科学技术出版社，2012、2
[3]《焊工（技师、高级技师）》（国家职业资格培训教材编审委员会），机械工业出版社，2008、1