高温高湿地区长输管道半自动焊气孔缺陷产生原因及控制方法

孙旭辉，冯成功，张自力，刘彦辉

（1.中国石油天然气管道局东南亚项目经理部 泰国分公司，河北 廊坊065000；2.中国石油天然气管道科学研究院，河北 廊坊065000）

高温高湿地区长输管道半自动焊气孔缺陷产生原因及控制方法

孙旭辉1,2，冯成功1，张自力1，刘彦辉1

（1.中国石油天然气管道局东南亚项目经理部 泰国分公司，河北 廊坊065000；2.中国石油天然气管道科学研究院，河北 廊坊065000）

气孔缺陷是长输管道半自动焊接方法中出现频率最高的一种缺陷，尤其是在热带高温高湿的环境中，气孔缺陷更是难以有效控制。为了研究高温高湿地区长输管道半自动焊气孔缺陷产生的原因及控制方法，结合多年的生产管理经验，从背景描述、气孔缺陷特点、产生的原因以及气孔缺陷的控制方法等几个方面进行了总结分析。事实证明通过实施有效的预防措施，可以明显控制并减少高温高湿地区长输管道半自动焊气孔缺陷的产生。

焊接；长输管道；药芯焊丝半自动焊接；焊接缺陷；气孔

1 概 述

近年来，随着东南亚国家长输管道市场的不断开发，中国石油天然气集团公司管道局（以下简称中石油管道局）在东南亚国家总承包的长输管道项目越来越多，这些项目均为纯粹的市场化项目，项目质量管理水平的高低直接影响着东南亚后续市场的开发，甚至影响着中国工程公司的国际形象。对于长输管道项目，焊接合格率的高低，直接反映出了项目的质量管理水平。

中石油管道局曾负责建设的两个东南亚长输管道项目，所在地域均属于高温高湿的热带季风气候，终年炎热，雨季漫长，这样的气候条件非常不利于焊接作业，这不仅是对焊工技术水平的考验，同时也是对焊接质量管理工作的极大挑战。两个项目的管材、管径、焊接方法均相同，采用API SPEC 5L X65的管材、Φ711 mm（28 in）的管径、手工焊打底+自保护药芯焊丝半自动焊填盖的焊接方法。两个项目的焊接合格率都经历了从刚开始的不稳定，到后来逐渐趋于稳定的过程，焊接缺陷的种类也近似，其中气孔缺陷均占到全部缺陷的80%以上，而且几乎所有的气孔缺陷均出现于自保护药芯焊丝半自动焊的焊缝中，因此可将项目的焊接质量管理归结为自保护药芯焊丝气孔缺陷的防控管理。

2 气孔缺陷特点

通过对两个项目中焊缝气孔缺陷类型和位置的统计分析，发现有以下共同点。

（1）缺陷形态。单个的大气孔不常出现，而多数是由微小气孔组成的成束状的密集气孔或者是散布气孔。

（2）缺陷位置。气孔缺陷大多数集中于斜仰脸和仰脸位置（4点位至8点位）。

3 气孔缺陷产生的原因

在长输管道焊接缺陷中，气孔缺陷产生的原因最为复杂，也最为难以控制。经研究发现，气孔缺陷产生的原因主要有焊丝、设备、焊道温度过高、环境湿度过大和焊工责任心不强等。

3.1 焊丝自身因素

自保护药芯焊丝焊接的保护机制包括焊丝自身的造气保护，造渣保护及合金元素保护[1]。如果焊丝由于自身质量原因，而降低了应有的保护作用，则必然会大大增加焊缝对气孔的敏感性。

尽管目前知名品牌的药芯焊丝问题率并不高，但是一旦发生问题，则会对焊接生产造成极大的影响。因为当气孔缺陷出现时，通常会首先从焊工、焊接参数、焊接设备、焊接环境等方面查找原因，在这些因素全部排除之后，才会将注意力投向焊丝，且调查过程需要较长的时间，这期间还会有大量的气孔缺陷产生，造成焊接合格率的大幅下降。

3.2 设备因素

由于频繁的设备搬迁，缺乏日常保养，加之施工现场环境恶劣，尤其是在高温高湿的环境中，焊接设备极易出现老化、腐蚀等问题，这些问题直接影响了焊接参数的稳定性[2]，从而增加了气孔缺陷概率。常见的设备问题主要表现在以下三个方面。

（1）焊把线或者地线过细，不仅造成压降过大，而且长时间焊接作业会造成线缆过热，从而造成焊接参数不稳定。某项目刚开工时，气孔缺陷造成的返修率居高不下，通过大量分析，最终认为是线缆过细造成，立即更换了直径更粗的线缆，此后气孔缺陷率得到有效控制。

（2）高温高湿的环境使得焊接设备元器件出现老化、腐蚀等，从而造成焊接参数不稳定。

（3）由于频繁调运，焊机或送丝机的接线柱松动，或者线缆存在断丝的情况，线缆与设备间接触不良，从而造成焊接参数不稳定。

3.3 焊道温度过高

为了避免产生氢致裂纹，焊道温度即预热温度和层间温度都会规定一个最小值，但是焊道温度也不能过高，通常不应超过250℃，否则会大大增加气孔缺陷产生的概率。

其原因在于如果焊道温度过高，会增加坡口范围内母材的氧化率，增加焊接熔池的含氧量，从而增加熔池CO气体量，最终增加气孔缺陷出现的概率[3]。现场焊接过程中，造成焊道温度过高的情况主要有以下两个方面。

（1）预热温度过高。预热对于焊缝的质量起着关键的作用，焊接作业的重要控制点之一即为禁止预热温度不够，但这并不意味着预热温度越高越好。如果预热温度过高，尤其是在高温的环境中，不仅会增加焊工的操作难度，造成烫伤等，而且易造成焊道温度过高[4]。

（2）连续焊接时层间温度过高。在山区、沼泽地段或连头点，通常由2名焊工负责 “包口”焊接，即由2名焊工连续地完成根焊、热焊、填充及盖面焊工作，由于连续焊接时层间间隔时间较短，易造成焊道层间温度过高。

3.4 环境湿度过高

环境湿度对于焊缝气孔敏感性的影响主要是通过增加母材水气含量、增加焊丝水气含量和增加焊接区被水气侵入几率三种方式实现的[5]。

（1）在高湿的环境中，母材金属会含有大量的水汽，这些水汽会在预热过程中被清除，但是如果清除不彻底，则会大大增加气孔缺陷。

（2）在高湿的环境中，如果保护不当造成焊丝受潮，尤其是焊丝的药芯受潮，则也会大大增加气孔缺陷。

（3）在高湿的环境中，如果焊接过程中保护不当或者焊接参数不当，造成水汽侵入焊接区，则会大大增加气孔缺陷。

3.5 焊工自身因素

目前自保护药芯焊丝半自动焊接方法在长输管道施工中应用已经相当的广泛和成熟[6]，外加自保护药芯焊丝良好的操作性能，一个熟练的管道焊工，完全可以最大限度的降低由于自身技术因素而引起气孔缺陷的概率。造成气孔缺陷的焊工自身因素包括以下两方面[7]。

（1）情感方面。长时间重复单调的焊接作业，尤其是在高温高湿的恶劣环境中，极易造成焊工情感的麻木，从而降低焊工对于焊接过程中气孔缺陷的感知能力，以致气孔缺陷最终留在焊缝中。

（2）责任心方面。在实际的生产过程中，有些焊工会为了追求更多的焊口数量，而故意违反焊接规程或者故意采取不利的焊接方式，从而会大大增加气孔缺陷。譬如焊工焊接时故意过度增加摆动幅度，降低焊接速度，增大焊道厚度；焊接时为了省时间而不对焊缝接头-起弧位置进行打磨；没有按照要求对相邻焊道进行错开起弧等等。

4 气孔缺陷控制方法

4.1 严密关注新批号焊丝的质量

由于焊丝自身的质量问题而引起大量气孔缺陷的情况多发生在刚开工的时期和更换新批号焊丝的时期，所以为了避免出现问题，施工过程中应尽量减少使用不同批号焊丝的情况[8]。在不可避免的情况下，焊接质量管理人员应严密关注新批号焊丝的质量，做到以下两点。

（1）采用新批号焊丝之前，最好可以提前安排焊工使用新焊丝焊接完成一道或数道实验口。并在焊接过程中加强和焊工的沟通，了解焊丝是否存在异常情况。最后通过射线检测来判断实验焊口的气孔数量相较之前是否有明显增多。待验证新批号焊丝没有异常和问题之后，方可大量使用。

（2）在日常的焊接生产过程中，机组QC应准确记录使用焊丝的批号和其他相关信息，以保证焊丝信息的可追踪性，便于质量问题的分析[9]。

4.2 加强设备的保养和检修

焊接设备出现问题直接表现为影响焊接参数的稳定性，所以一旦设备出现问题，应立即停止焊接，对设备进行彻底的检修，待问题完全解决之后方可继续焊接作业。

而在实际的生产中，焊工或者机组为了不影响当天的生产计划，在发现问题之后，往往会进行相对简单的处理，甚至会在完全不处理的情况下继续焊接，最终造成当天气孔缺陷的集中爆发。

另外，应将设备检查作为每天焊接生产前和每次设备搬迁后必做的一项工作，其直接责任人为机组QC。QC应重点检查设备的各接线柱是否存在松动，检查各条线缆是否存在断线的情况，发现问题要及时处理，并对检查和处理结果做好记录。

4.3 采用更优的焊接方式

在焊接生产中，能够降低气孔缺陷出现概率的焊接方式和方法有以下四种[10]。

（1）薄层多道焊。薄层多道焊即为减小每层焊道的厚度，增加焊接遍数。大量实验证明，此焊接方式不仅可以大大降低气孔缺陷出现的概率，而且可以降低焊接热输入，从而提高焊接接头的力学性能。

（2）对称施焊。焊口两侧焊工对称施焊，避免由于热输入集中而造成斜仰脸和仰脸位置焊道温度过高。

（3）相邻焊道的起弧点应错开至少5 cm。由于自保护药芯焊丝焊接过程没有外加气体保护，所以在起弧位置非常容易出现气孔，起弧点错开可以有效避免气孔累积超标。另外应要求焊工对于接头进行打磨处理，尽可能避免气孔留在焊道中。

（4）尽可能的避免对盖面焊道的短道修补焊。统计发现短道修补焊的焊道中存在气孔的概率非常高，所以应尽量避免短道修补焊，如果必须要对盖面焊道就行修补，则尽量采用起弧后直拉的焊接方式，并在焊接完成后对起弧的位置进行彻底打磨。

4.4 排除环境因素影响

（1）雨天或者空气湿度大于90%的情况下，应当停止焊接作业。

（2）焊接前务必要通过预热的方式将管口附近区域的水气彻底清除。

（3）做好焊丝的防潮措施，隔夜焊丝使用之前，必须仔细检查焊丝表面是否存在锈迹，严禁使用带有锈迹的焊丝进行焊接作业。

4.5 保证焊工良好的精神状态

（1）保证焊工拥有稳定的待遇和丰富业余生活。

（2）保证工作环境条件良好。

（3）制定合理的施工进度计划，严禁牺牲质量换进度的做法。

4.6 保证无损检测的及时性

无损检测的及时性，对于问题的及时发现至关重要。通常要求当天的焊口必须最晚第二天完成无损检测，并且获得检测结果。如果气孔缺陷异常出现时，应立即查找原因，并采取预防措施，在证明措施有效前，应放缓生产进度，避免大量返修。

5 结 语

气孔缺陷是长输管道半自动焊较难以控制的缺陷，尤其是在高温高湿的环境下，更是如此，但是如果按照本文给出的控制方法对焊接作业进行管理，气孔缺陷完全可以得到有效的控制。例如作者管理的一个长输管道项目，在刚开工的两个月时间里，由于处于调整的过程，焊接合格率一直维持在93%左右，但是通过不断分析和采取措施，最终使焊接合格率提高到了96%以上。

随着项目的进展，虽然焊接合格率也会出现起伏，但通过有效预防措施的实施，最终取得了97.5%的高焊接合格率，如此高的焊接合格率使得业主和监理对项目焊接质量管理工作给予了高度的评价，为中石油管道局在东南亚市场的开发打下了坚实的基础。

[1]吴树雄，尹士科，李春范.金属焊接材料手册[M].北京：化学工业出版社：2008.

[2]隋永莉,王福柱,李广民,等.长输管道建设中焊接设备的应用现状与发展趋势 [J].电焊机,2006（12）:1-3.

[3]张君彩，刘毅.焊接温度对焊管焊缝质量的影响[J].焊接,2007（1）:60-60.

[4]达朝炳，高海军，赵海琨.层间温度对X60管线钢焊接质量的影响[J].热加工工艺,2007（11）:24-26.

[5]孟庆丽，王义，张林琳.油气管线用X65钢潮湿环境的焊接工艺[J].焊管,2007,30（5）:39-41.

[6]黄德志.油气长输管道焊接技术的发展[J].焊接技术,2007（S2）:12-14.

[7]董廷江，刘照元.浅谈长输管道的焊接质量控制[J].科技资讯,2008（11）:43-44.

[8]齐现伟，陈兆辉.药芯焊丝自保护焊及其质量影响因素与控制[J].科技资讯,2010（26）:115-115.

[9]李迎祥，张文静.国际管道项目质量管理工作分析[J].石油天然气学报,2014（08X）:383-387.

[10]梁君直,曾惠林,闫政.高效焊接与管道施工[C]//高效化焊接国际论坛论文集.[s.l.]:中国机械工程学会年会，2002:28-31.

Stoma Defects Causes and Control Method of Long-distance Transportation Pipeline Semi-automatic Welding Used in High Temperature and High Humidity Region

SUN Xuhui1,2,FENG Chenggong1,ZHANG Zili1,LIU Yanhui1
（1.China Petroleum Pipeline Bureau Southeast Asia Construction Project Management Team,Thailand Branch,Langfang 065000,Hebei,China;2.ChinaPetroleum Natural Gas Pipeline Scientific Research Academy,Langfang 065000,Hebei,China）

Stoma is the most common defect in semi-auto welding process of long-distance transportation pipeline construction,particularly in the environment of high temperature and high moisture.In order to study the long-distance transportation pipeline semi-automatic welding stoma defect causes and control method used in high temperature and high humidity region,combined with years of production management experience,it summarized and analyzed from several aspects,such as background description,the stoma defect characteristics,causes and control methods and son on.The practice proved that implementing effective preventive measures can control long-distance transportation pipeline semi-automatic welding stoma used in high temperature and high humidity region.

welding;long-distance transportation pipeline;flux-cored wire semi-automatic welding;welding defect;stoma

TE973

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.01.013

孙旭辉（1985—），男，回族，河南许昌人，工程师，哈尔滨工业大学焊接硕士，2010年参加工作以来一直从事长输管道焊接研究和质量管理。现任泰国那空沙旺天然气管道项目焊接主管。

2015-05-22

罗 刚