王林 程磊 赵成军 白值尹

国家管网集团西部管道新疆输油气分公司

摘要：基于氩电联焊焊接原理，分析了大口径高钢级管道氩电联焊在实际应用中可能出现的裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边等缺陷的特征、危害及成因，提出了各类缺陷防控的针对性措施，对提高高钢级管道氩电联焊焊接质量具有借鉴意义。

关键词：高钢级管道；氩电联焊；缺陷成因；缺陷控制

氩电联焊是一种采用氩弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面的复合焊接工艺，该工艺兼顾氩弧焊质量高、成型好、无熔渣和电弧焊适应性强、焊接速度快、操作灵活等优点。大口径高钢级长输管道广泛采用氩电联焊工艺，对于管道焊接质量和效率的提升发挥了重要作用。尽管氩电联焊工艺具有诸多优点，但在实际作业中因人员操作不当、防风措施失效、焊接参数设置不合理等因素会导致焊缝出现裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边等焊接缺陷，对油气管道运行带来安全隐患。

1  氩电联焊缺陷成因

裂纹。大口径高钢级输油气管道氩电联焊焊口最主要缺陷之一，一般比较细小，以丝状、网状、环状等形式存在，多出现在焊缝区域或者热影响区。裂纹也是焊接缺陷里危害最为严重的一种，其最大的特征是具有扩展性，在一定的条件下会不断地“生长”，对管道的强度、密封性等产生影响，甚至会引发严重的安全生产事故。裂纹是在焊接环节中由多种因素共同作用下形成的，包括强力组对焊接应力过大、焊接参数设置不合理、焊接材料质量不达标、焊接工艺选择不当等。

气孔。在大口径高钢级管道氩电联焊焊口中气孔发生概率非常高，会引起应力集中，氢气孔还可能促成冷裂纹。气孔的产生减少了焊缝的有效截面积，降低了焊缝的机械性能，损坏了焊缝的致密性，特别是直径不大、深度较深的圆柱形长气孔危害极大，可能直接造成介质泄漏、着火爆炸等严重事故。气孔的形成是焊接开始之前没有彻底清理焊接作业位置的污物、铁锈，或者焊接环境条件达不到焊接要求、焊接材料不合格而引起的。

夹渣。在大口径高钢级管道氩电联焊焊口中出现概率相对较高，主要以线状、点状、片状存在，并且在多个区域分布极为不均匀，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，可能发展为裂纹源，危害较大。如果夹渣缺陷不能有效消除，将会导致焊接位置的强度和塑性下降，严重者会出现管道的开裂、失效等。夹渣缺陷主要由焊口存在杂质、氧化物等原因形成。

未焊透、未熔合。大口径高钢级管道氩电联焊焊口中的未焊透、未熔合减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降，引起应力集中，降低焊缝的疲劳强度。未焊透应力集中严重，可能成为裂纹源，其危害性仅次于裂纹，是造成焊缝破坏的重要原因。造成未焊透、未熔合的主要原因包括坡口角度、对口间隙、钝边、错边量及焊接参数不合理等。

咬边。大口径高钢级管道氩电联焊焊口中的咬边会导致焊接位置的强度性能下降，减小母材的有效截面积，产生应力集中，进而引起裂纹，在疲劳载荷作用下，降低结构的承载能力，严重者会出现断裂。咬边是因为电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充，留下的缺口、沟槽形成的。

2  氩电联焊缺陷控制

一般要求。为有效控制氩电联焊缺陷，提高焊接质量，应通过作业前考试等手段对焊接人员技能水平进行评估，安排具备作业能力的人员进行焊接。作业前对焊接设备进行检查，包括仪表、旋钮、电源极性、电源线等，确保焊接设备各项输出参数正常。使用的焊条、焊丝应有出厂说明和质量保证书，并经复检合格。按规定做好焊材的储存、发放、出入库记录。作业当天未用完的焊材，应妥善保管，防止受潮。使用过程中按照焊接工艺规程要求的烘干温度、时间、次数进行烘干并做好烘干记录。

裂纹缺陷控制。焊接作业前应对材料进行全面检查及预处理，同时确定合理的焊接参数和工艺方案，防止因热应力或者焊接应力引发裂纹。作业过程中，焊接电流、焊接速度、预热温度、层间温度、层间焊接顺序、每层焊缝厚度、气体流量都应符合焊接工艺规程的要求，并做好监测和记录。重点做好以下工作：①焊前仔细清除坡口周围基体金属表面和焊丝上的水、油、锈等污物，减少氢的来源，以降低焊缝中扩散氢的含量；②采取焊前预热和焊后缓冷的办法，防止产生热裂纹；③采用低氢型碱性焊条，按照工艺规程要求严格烘干；④工艺方面改善粗晶粒区的组织，减少马氏体组织，保证接头具有一定的韧性；⑤减少应力集中并降低残余应力，在保证强度条件下，尽量选用屈服强度低的焊接材料；⑥选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力；⑦焊后及时进行消氢热处理。

气孔缺陷控制。焊接作业时应严格执行规范化操作要求，焊接前对焊接区域进行清理，保证没有杂质、油污等影响焊接质量的因素，同时还要重视环境监测，确保环境风速、温度、湿度符合作业要求。重点做好以下工作：①清除焊丝、坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分等污物；②焊前预热，减缓冷却速度；③采用碱性焊条施焊，短弧焊接；④按规定的温度和时间进行烘干，取出后放在焊条保温桶中随用随取；⑤焊条药皮无开裂、脱落、变质、偏心。焊丝表面应清洁，无油无锈；⑥运条角度要适当，操作应熟练；⑦焊接作业时做好防风措施；⑧焊接前检查氩气纯度，氩气管、氩气表、焊枪密封良好；⑨降低焊接速度，使液态熔池中的气泡溢出。

夹渣缺陷控制。主要通过采用符合焊接工艺规程的坡口设计、薄层多道焊接、对焊道进行仔细清渣打磨等方式来控制。焊前应将焊接区域内铁锈和油污清除干净，坡口角度不宜过小，坡口内及两侧、层间的熔渣必须清理干净。选择焊接参数时，电流不可太小，焊接速度不能太快。焊接时随时调整焊条角度及摆动幅度，确保焊接接头的性能达到要求。重点做好以下工作：①合理选用焊接材料，充分脱硫、脱氧；②选用合适的焊接参数，以利于熔渣的浮出；③多层焊时，注意清除前一层焊缝的熔渣；④焊条要适当摆动，以利于熔渣的浮出；⑤在坡口两侧适当停留，防止出现夹槽；⑥采用合理的焊接顺序；⑦薄层多道焊接；⑧坡口加工符合设计要求。

未焊透、未熔合缺陷控制。选择合适的焊接参数以及工艺方案非常重要。焊接工艺中要确定焊接电流、焊接速度、焊接角度等参数。对焊接部位全面清洁处理，确保没有任何影响焊接质量的氧化物以及杂质。重点做好以下工作：①焊前预热，预热温度及层间温度符合工艺规程要求；②掌握正确的焊接操作方法，把熔敷金属送至坡口根部；③坡口加工符合设计要求，坡口角度、对口间隙、钝边、错边量均符合设计要求；④在焊接工艺规程允许的范围内，采用较大的焊接电流；⑤管口有磁时，进行消磁处理，防止磁偏吹现象；⑥采用短弧焊接。⑦采用多层多道焊，控制每层填充金属厚度；⑧运条时注意坡口两侧停留时间。

咬边控制。调整焊接参数，选择符合要求的焊接工艺，并落实焊接人员的培训和教育。将焊缝两侧的氧化物、杂质等清理干净，使得焊接作业能够有序开展。重点做好以下工作：①保持正确的操作姿势，焊接速度适当；②坡口两侧清理干净，防止污物阻碍液态金属的流动；③选用合理的规范，焊接电流不宜过大；④采用正确的运条方式，坡口两侧稍作停留；⑤按照焊接工艺规程要求，盖面层焊道两侧加宽；⑥采用短弧焊接；⑦减小焊接速度，保证熔池温度，提高液态金属流动性。

3  结语

大口径高钢级管道氩电联焊焊口缺陷主要包括裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边等，各类缺陷的特征、危害及成因各不相同，但都会影响后期管道系统的安全可靠运行。在氩电联焊作业中要重点加强人员培训、选用合格的焊接材料、优化焊接工艺参数、严格焊接现场管理和过程质量控制，最大限度避免各类焊接缺陷的形成。

作者简介：王林，1984年生，大专，助理工程师，现任新疆输油气分公司哈密维抢修队焊工，主要从事输油气管道维抢修及相关工作。联系方式：15299778159，402852790@qq.com。