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【摘 要】 本文以石油化工管道焊接工艺与质量控制对策为课题，详细分析了管道焊接的工艺方法，概述了管道焊接的检验方法，探讨了管道焊接施工要领，探讨了现阶段常规石油化工管道焊接缺陷，并对其管道质量控制的对策措施进行了阐明，以供参考。
【关键词】 石油化工管道焊接；焊接工艺；焊接检验；焊接缺陷；质量控制
引言：
石油化工業是我国国民经济发展的基础，也是我国的支柱产业部门之一，它作为现代社会的一种新能源，不仅带动了我国工业的迅速发展，而且也带动了我国经济的快速发展。随着人们对石油以及天然气的需求量不断提高，由于我国的资源产销分布不平衡。党中央国务院更是针对这一现况在2007年提出“北油南运”的方针政策，这对石油管道运输业来说是一个巨大的挑战。原油的运输主要以管道为主，石油化工管道现几乎大都为运输高温高压、易燃易爆、有毒有害介质的管道，并且管道焊接的焊口众多，工程量也较大。如果焊接质量控制不好，很容易引起一系列的质量问题。并且石油管道的焊接工艺技术和焊接质量都影响着原油运输工程的发展。因此，管道焊接工艺和焊接质量的控制必须严格遵守国家、地方以及行业的标准规，通过安全完善的质量管理体系，严格的质量控制环节，才能保障焊接管道的质量安全。
一、管道焊接的工艺方法
1、焊前的技术准备
焊接人员，必须通过严格的专业培训考试并签发合格证书。管道施工前应根据具体的施工内容编制焊接作业的指导书来拟定焊接技术措施，制定适合的焊接工艺方案。凡是焊接施工工程中第一次使用的钢种和焊接材料，必须在进行焊接工艺评定后，才可以投入使用。根据可靠的钢材性能实验结果，制定焊接工艺评定报告。根据建设项目的组焊工艺卡报表，用于指导施工的焊接工作。
2、管道焊接方法
输油管道的焊接方法常用的主要有三种：手工电弧焊、药芯焊丝半自动焊及全自动焊。由于手工电弧焊具有操作灵活、对设备要求低、适用于不同地域和施工条件等特点。因此也是石油化工管道最常用的方法之一。焊接工艺的主要流程可分为：打底、填充、盖面三个环节。
2.1打底
氩弧焊焊接过程中，操作是从底部到顶部，点焊可以用角磨机打磨和抛光结束位置，并打磨出合适的抛光关节斜口。焊接底缝，也必须是均匀的进行焊接，注意一定不要焊穿。使用氩弧打底必须检查氩气是否含有杂质，确保氩气纯度。再用试板进行试焊处理，施焊时应将焊接处用板等器具围住，防止由于外界环境因素对焊缝的质量造成影响。可以用角磨机对底密封缝的接头位置进行打磨，严禁出现焊瘤、根部内凹等情况。为了防止裂纹的出现，应仔细检查焊缝与次缝的焊接外观质量。
2.2填充
底部施焊结束以后，应当及时清除掉焊接时所产生的飞溅物、熔渣等杂质。如果发现存在隐患的地方，必须清除后再焊并磨平。一般情况下，底层焊缝接头应与焊缝接头错开距离大于10mm，中层处应该选用直径为3.2mm的焊条。当管壁厚度为9mm时，焊缝的层数则应选用底、中、面三层。而中缝的焊条直径为一般为3～5mm。严禁在操作时在焊缝焊接层表面引弧，运条时要选用直线型。
2.3盖面
一般根据焊缝厚度的尺寸来选用盖面层焊条的型号。每根焊条的起收旱弧位必须和中层焊缝处接头进行错位，注意中层焊缝表面处严禁引弧。表面覆盖层应确保完整，光滑过渡处理管道。焊缝宽度超过坡口处的两侧约2mm，焊缝余高为1.5～3mm为宜。
二、管道焊接的检验方法
1、磁粉检验法
磁粉试验法，是一种侦测具有铁磁性材料内不连续瑕疵的方法。这种检验方法可以侦测出由肉眼无法分辨出的细微表面瑕疵，甚至借助特殊的设备，在表面下的瑕疵也可侦测出来。其优点是能找出试件表面或表面下裂缝，操作简单、迅速，可作现场检测，与其他非破坏性检验比较，其所须仪器及人力、成本及单件检测费用均相当低廉。缺点为表面下瑕疵能否被侦测到受到诸如深度、方向，和指向等几种因素的影响及点状夹渣不易侦测到。
2、超音波检验
超音波检验是利用高频率的声波渗入焊道内部，其原理与探测海中的潜水艇的原理类似，一般检验所用振动数在0.5～15MHz。由于波长短，故易通过固体结晶内部，如遇密度较低物质，则不易通过而易反射，故可依这一原理以检测内部缺陷或裂缝。超音波检测方法欲有效达成其测试目的，需要对其原理及操作技巧相当熟练后，才能有效判知其缺陷所在，因而其困难度无疑地较高，然而这种方法由于不需破坏材料，而可以判知缺陷是否存在及其位置、大小、形状，而可使焊接后材料的品质确保无疑，随着科技的进步，及人们对于成品要求其品质愈形严格的趋势，可以预见的是这种检测方法在未来将备受重视，而其检测的技术将随着科技的进步而更加简单。
3、放射线检验法
放射线检验法为焊接内部缺陷的检测中，使用最广的方法，检测的结果也最为确实。将X射线对焊接处照射并通过以复印在底片及萤光板上，再根据其缺陷形状、大小与集中的程度分别等级，以判定焊接部的品质。正常软片的曝光使焊道内部的缺陷，根据其种类与深浅呈现在软片中而变淡白色，焊道两边的飞溅物，则在软片中呈现白色斑点。曝光后的软片需集中于暗房内作适当的冲洗和干燥处理后，再将此软片取出置于判断灯阅判，但对于缺陷依经验可知其种类，可是其深浅尚无法从这一张正投影的摄影显示，必须于两个方向或角度再拍摄，才可凭此判断正确的深浅度。
三、管道焊接施工要领
1、管道的接头形状及开槽情况在设计阶段即应加以充分的检讨，在各种状况均列入考虑后才决定。研磨开槽面的砂轮片不可与研磨过其他金属的砂轮片混合使用，必须使用石油化工管道专用的颗粒度。
2、组合假焊工作的精度常直接影响焊道品质及变形因素。假焊前必须要注意确实清除氧化膜；避免使用油压系统的千斤顶，以防止漏油时污染碳钢材料；对接焊缝最好不得超4m/m的间隙；大构件或长板材的组合宜由中央向两侧组合假焊。 3、适当的除湿可预防起弧气孔，防止熔渗不良及龟裂，并减少变形量，而除湿的温度约50℃为宜。四是选择焊接条件，电焊作业人员常忽略该步骤，实际上施工前检查焊接情况（板厚、开槽形状、电焊母机操控等），进行焊前试焊选择焊接条件是有必要的。
4、对接焊可使用自动设备焊机，先进行不锈钢或铜背衬予以固定，缝隙在2～2.5m/m之间进行全渗透一道焊接。先除去碳钢材料的氧化膜，点焊再反面用不銹钢丝进行刷渣，进而进行自动焊接，电流应保持在140A～180A之间，电压23V～25V，焊接速度70～80CPM，遮护气体（纯氩气）气流率30CFH，清洁表面作渗透焊接，反面磨除点焊，实施背铲再焊。
四、现阶段常规石油化工管道焊接缺陷
1、气孔
气孔是指熔池中的气体在熔化金属凝固之前未逸出，进而形成气孔。气孔的类型主要有深度极大的柱孔、面积较大的圆孔以及危害性较小的其他气孔，有些气孔甚至还会产生止裂倾向。气孔产生的原因可从四方面进行阐述：①未对坡口、焊材进行全面的清洁处理，存在油污、铁锈等杂质；②焊接时，电源电压不稳定，焊接电流不稳定；③焊接的速度过快；④焊接过程中采用的保护方式不合理。
2、夹渣
夹渣是石油化工管道焊接缺陷的重要表现之一，夹渣主要是指焊缝中存在着铁锈、熔渣或是其他物质，这种缺陷常出现于焊道层间、根部等地方，施工中最为常见的就是层间夹渣。产生夹渣的原因有三个方面：①在焊接过程中，焊条、焊丝所产生的熔渣没有清理干净，使其进入焊道层间；②焊接过程中使用的焊接电流未达到要求，致使熔渣不能完全融化；③坡口过小，亦或是坡口与焊道之间的夹角过小，致使熔渣融化不充分。
3、裂纹
由于石油化工管道焊接过程中出现的裂纹具有延伸性，所以当焊接过程中，焊道受到内应力影响的时候，会促使裂纹不断延伸扩展，最终破坏整个管道，严重威胁到运输的安全性。因此一旦出现焊接裂纹，就必须马上进行割口重焊或者进行返修加焊。常见的裂纹缺陷分为结晶、液化、延迟三种裂纹。其中最容易出现的结晶裂纹，其主要出现在焊接的凝固过程中。然后是液化裂纹，产生的原因大体与结晶裂纹一致。最后就是延迟裂纹，此裂纹现时间比较晚，通常是在焊接施结束之后的几小时或几天以后才出现，此裂纹属于冷裂纹的一种。随着时间的变化，裂纹也会不断延伸扩展，其产生的主要原因是受焊接母材焊缝氢含量以及焊接接头承受力的影响。
4、未焊透
石油化工管道焊接过程中如果出现未焊透的现象，这给管道带来的影响非常大，它会极大减少管道焊道的有效面积，并且会发严重的应力集中，这主要由于其属于开口性缺陷。石油化工管道出现未焊透的原因主要表现在三方面：其一，管道层面清理打磨过度，造成坡口变宽，形成沟槽现象；其二，坡口加工缺乏规范性，造成其角度过小，钝边过厚，间隙不足的现象；其三，焊接施工人员手法不稳，技术不过关，造成使用电焊的电流过小，线能量输入不足的现象。
五、管道质量控制的对策措施
1、焊接人员控制
焊接人员应严格按照操作要求与焊接工艺认可的规定进行施工，所有的现场焊接的人员，必须持有有效的资格证书，并且具有合格的管道焊接资格。
2、机具控制
焊接设备及热处理设备应确保完整，性能可靠。所有控制仪表、仪器必须在有效的使用时间内（当地主管部门的合格标签为准）。此外，辅助工具（如：角磨机、电极管等）应齐全完整。
3、焊接材料控制
焊接材料的使用，应先报于验收质量检查和其他有关部门进行验检。检验的内容可以分为实物和资料两大部分，并保证材料符合设计文件且与现行国家标准的要求相一致。焊接检验应按照标准要求按照批次标签来进行保管存储。焊条烘干室应根据要求，将焊材管理措施和材管人员的管理职责、焊接工艺卡贴于仓库。质量管理人员应经常检查和了解各种焊条材料，尤其是特殊焊材的管理和使用，以避免错误的工程材料进行使用并给工程造成损失。焊条仓库应配备按要求规定的相应设施（如除湿、温湿度传感器），以保证焊接质量不受环境因素的污染。
4、环境控制
一个良好的工作环境是保证焊接施工的前提，所以，盡可能在焊接过程中不让外部因素影响到焊接工作，以确保正常的焊接工艺。天气是一个重要的环境影响因素。当天气（雨、风、雪、雾）影响正常焊接时，质量管理人员应及时要求焊接人员采取有效的防护措施。否则，应责令停止焊接工作，以保证施工工程的顺利进行。除了以上的焊接施工现场控制，加大对施工现场的检查和管理也是非常重要的，所有不符合要求的行为必须坚决予以制止和纠正，保证焊接质量完全在受控状态之内。
六、结束语
总而言之，随着石油管道事业的不断发展，管道焊接技术也在不断地更新发展。新的焊接方法也应运而生。焊接方法也由单一的焊条电弧焊向气保焊、药芯半自动焊、自动焊等焊接方向发展。而焊接工艺技术也是不断提高，这就需要更多的高素质、高水平焊接队伍才能平衡焊接业的发展。焊接质量的控制同时也决定着企业的生存和发展，同时也影响着我国石油经济水平的提高。因此必须严格的控制工程中焊接的质量问题，才能保证我国石油运输业的顺利运营。
参考文献：
[1]隋永莉.薛振奎.赵海鸿.石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析[J].压力容器.2006（06）.
[2]包海平.石油化工管道焊接工艺和焊接质量控制[J].广东科技.2011（02）.
【关键词】 石油化工管道焊接；焊接工艺；焊接检验；焊接缺陷；质量控制
引言：
石油化工業是我国国民经济发展的基础，也是我国的支柱产业部门之一，它作为现代社会的一种新能源，不仅带动了我国工业的迅速发展，而且也带动了我国经济的快速发展。随着人们对石油以及天然气的需求量不断提高，由于我国的资源产销分布不平衡。党中央国务院更是针对这一现况在2007年提出“北油南运”的方针政策，这对石油管道运输业来说是一个巨大的挑战。原油的运输主要以管道为主，石油化工管道现几乎大都为运输高温高压、易燃易爆、有毒有害介质的管道，并且管道焊接的焊口众多，工程量也较大。如果焊接质量控制不好，很容易引起一系列的质量问题。并且石油管道的焊接工艺技术和焊接质量都影响着原油运输工程的发展。因此，管道焊接工艺和焊接质量的控制必须严格遵守国家、地方以及行业的标准规，通过安全完善的质量管理体系，严格的质量控制环节，才能保障焊接管道的质量安全。
一、管道焊接的工艺方法
1、焊前的技术准备
焊接人员，必须通过严格的专业培训考试并签发合格证书。管道施工前应根据具体的施工内容编制焊接作业的指导书来拟定焊接技术措施，制定适合的焊接工艺方案。凡是焊接施工工程中第一次使用的钢种和焊接材料，必须在进行焊接工艺评定后，才可以投入使用。根据可靠的钢材性能实验结果，制定焊接工艺评定报告。根据建设项目的组焊工艺卡报表，用于指导施工的焊接工作。
2、管道焊接方法
输油管道的焊接方法常用的主要有三种：手工电弧焊、药芯焊丝半自动焊及全自动焊。由于手工电弧焊具有操作灵活、对设备要求低、适用于不同地域和施工条件等特点。因此也是石油化工管道最常用的方法之一。焊接工艺的主要流程可分为：打底、填充、盖面三个环节。
2.1打底
氩弧焊焊接过程中，操作是从底部到顶部，点焊可以用角磨机打磨和抛光结束位置，并打磨出合适的抛光关节斜口。焊接底缝，也必须是均匀的进行焊接，注意一定不要焊穿。使用氩弧打底必须检查氩气是否含有杂质，确保氩气纯度。再用试板进行试焊处理，施焊时应将焊接处用板等器具围住，防止由于外界环境因素对焊缝的质量造成影响。可以用角磨机对底密封缝的接头位置进行打磨，严禁出现焊瘤、根部内凹等情况。为了防止裂纹的出现，应仔细检查焊缝与次缝的焊接外观质量。
2.2填充
底部施焊结束以后，应当及时清除掉焊接时所产生的飞溅物、熔渣等杂质。如果发现存在隐患的地方，必须清除后再焊并磨平。一般情况下，底层焊缝接头应与焊缝接头错开距离大于10mm，中层处应该选用直径为3.2mm的焊条。当管壁厚度为9mm时，焊缝的层数则应选用底、中、面三层。而中缝的焊条直径为一般为3～5mm。严禁在操作时在焊缝焊接层表面引弧，运条时要选用直线型。
2.3盖面
一般根据焊缝厚度的尺寸来选用盖面层焊条的型号。每根焊条的起收旱弧位必须和中层焊缝处接头进行错位，注意中层焊缝表面处严禁引弧。表面覆盖层应确保完整，光滑过渡处理管道。焊缝宽度超过坡口处的两侧约2mm，焊缝余高为1.5～3mm为宜。
二、管道焊接的检验方法
1、磁粉检验法
磁粉试验法，是一种侦测具有铁磁性材料内不连续瑕疵的方法。这种检验方法可以侦测出由肉眼无法分辨出的细微表面瑕疵，甚至借助特殊的设备，在表面下的瑕疵也可侦测出来。其优点是能找出试件表面或表面下裂缝，操作简单、迅速，可作现场检测，与其他非破坏性检验比较，其所须仪器及人力、成本及单件检测费用均相当低廉。缺点为表面下瑕疵能否被侦测到受到诸如深度、方向，和指向等几种因素的影响及点状夹渣不易侦测到。
2、超音波检验
超音波检验是利用高频率的声波渗入焊道内部，其原理与探测海中的潜水艇的原理类似，一般检验所用振动数在0.5～15MHz。由于波长短，故易通过固体结晶内部，如遇密度较低物质，则不易通过而易反射，故可依这一原理以检测内部缺陷或裂缝。超音波检测方法欲有效达成其测试目的，需要对其原理及操作技巧相当熟练后，才能有效判知其缺陷所在，因而其困难度无疑地较高，然而这种方法由于不需破坏材料，而可以判知缺陷是否存在及其位置、大小、形状，而可使焊接后材料的品质确保无疑，随着科技的进步，及人们对于成品要求其品质愈形严格的趋势，可以预见的是这种检测方法在未来将备受重视，而其检测的技术将随着科技的进步而更加简单。
3、放射线检验法
放射线检验法为焊接内部缺陷的检测中，使用最广的方法，检测的结果也最为确实。将X射线对焊接处照射并通过以复印在底片及萤光板上，再根据其缺陷形状、大小与集中的程度分别等级，以判定焊接部的品质。正常软片的曝光使焊道内部的缺陷，根据其种类与深浅呈现在软片中而变淡白色，焊道两边的飞溅物，则在软片中呈现白色斑点。曝光后的软片需集中于暗房内作适当的冲洗和干燥处理后，再将此软片取出置于判断灯阅判，但对于缺陷依经验可知其种类，可是其深浅尚无法从这一张正投影的摄影显示，必须于两个方向或角度再拍摄，才可凭此判断正确的深浅度。
三、管道焊接施工要领
1、管道的接头形状及开槽情况在设计阶段即应加以充分的检讨，在各种状况均列入考虑后才决定。研磨开槽面的砂轮片不可与研磨过其他金属的砂轮片混合使用，必须使用石油化工管道专用的颗粒度。
2、组合假焊工作的精度常直接影响焊道品质及变形因素。假焊前必须要注意确实清除氧化膜；避免使用油压系统的千斤顶，以防止漏油时污染碳钢材料；对接焊缝最好不得超4m/m的间隙；大构件或长板材的组合宜由中央向两侧组合假焊。 3、适当的除湿可预防起弧气孔，防止熔渗不良及龟裂，并减少变形量，而除湿的温度约50℃为宜。四是选择焊接条件，电焊作业人员常忽略该步骤，实际上施工前检查焊接情况（板厚、开槽形状、电焊母机操控等），进行焊前试焊选择焊接条件是有必要的。
4、对接焊可使用自动设备焊机，先进行不锈钢或铜背衬予以固定，缝隙在2～2.5m/m之间进行全渗透一道焊接。先除去碳钢材料的氧化膜，点焊再反面用不銹钢丝进行刷渣，进而进行自动焊接，电流应保持在140A～180A之间，电压23V～25V，焊接速度70～80CPM，遮护气体（纯氩气）气流率30CFH，清洁表面作渗透焊接，反面磨除点焊，实施背铲再焊。
四、现阶段常规石油化工管道焊接缺陷
1、气孔
气孔是指熔池中的气体在熔化金属凝固之前未逸出，进而形成气孔。气孔的类型主要有深度极大的柱孔、面积较大的圆孔以及危害性较小的其他气孔，有些气孔甚至还会产生止裂倾向。气孔产生的原因可从四方面进行阐述：①未对坡口、焊材进行全面的清洁处理，存在油污、铁锈等杂质；②焊接时，电源电压不稳定，焊接电流不稳定；③焊接的速度过快；④焊接过程中采用的保护方式不合理。
2、夹渣
夹渣是石油化工管道焊接缺陷的重要表现之一，夹渣主要是指焊缝中存在着铁锈、熔渣或是其他物质，这种缺陷常出现于焊道层间、根部等地方，施工中最为常见的就是层间夹渣。产生夹渣的原因有三个方面：①在焊接过程中，焊条、焊丝所产生的熔渣没有清理干净，使其进入焊道层间；②焊接过程中使用的焊接电流未达到要求，致使熔渣不能完全融化；③坡口过小，亦或是坡口与焊道之间的夹角过小，致使熔渣融化不充分。
3、裂纹
由于石油化工管道焊接过程中出现的裂纹具有延伸性，所以当焊接过程中，焊道受到内应力影响的时候，会促使裂纹不断延伸扩展，最终破坏整个管道，严重威胁到运输的安全性。因此一旦出现焊接裂纹，就必须马上进行割口重焊或者进行返修加焊。常见的裂纹缺陷分为结晶、液化、延迟三种裂纹。其中最容易出现的结晶裂纹，其主要出现在焊接的凝固过程中。然后是液化裂纹，产生的原因大体与结晶裂纹一致。最后就是延迟裂纹，此裂纹现时间比较晚，通常是在焊接施结束之后的几小时或几天以后才出现，此裂纹属于冷裂纹的一种。随着时间的变化，裂纹也会不断延伸扩展，其产生的主要原因是受焊接母材焊缝氢含量以及焊接接头承受力的影响。
4、未焊透
石油化工管道焊接过程中如果出现未焊透的现象，这给管道带来的影响非常大，它会极大减少管道焊道的有效面积，并且会发严重的应力集中，这主要由于其属于开口性缺陷。石油化工管道出现未焊透的原因主要表现在三方面：其一，管道层面清理打磨过度，造成坡口变宽，形成沟槽现象；其二，坡口加工缺乏规范性，造成其角度过小，钝边过厚，间隙不足的现象；其三，焊接施工人员手法不稳，技术不过关，造成使用电焊的电流过小，线能量输入不足的现象。
五、管道质量控制的对策措施
1、焊接人员控制
焊接人员应严格按照操作要求与焊接工艺认可的规定进行施工，所有的现场焊接的人员，必须持有有效的资格证书，并且具有合格的管道焊接资格。
2、机具控制
焊接设备及热处理设备应确保完整，性能可靠。所有控制仪表、仪器必须在有效的使用时间内（当地主管部门的合格标签为准）。此外，辅助工具（如：角磨机、电极管等）应齐全完整。
3、焊接材料控制
焊接材料的使用，应先报于验收质量检查和其他有关部门进行验检。检验的内容可以分为实物和资料两大部分，并保证材料符合设计文件且与现行国家标准的要求相一致。焊接检验应按照标准要求按照批次标签来进行保管存储。焊条烘干室应根据要求，将焊材管理措施和材管人员的管理职责、焊接工艺卡贴于仓库。质量管理人员应经常检查和了解各种焊条材料，尤其是特殊焊材的管理和使用，以避免错误的工程材料进行使用并给工程造成损失。焊条仓库应配备按要求规定的相应设施（如除湿、温湿度传感器），以保证焊接质量不受环境因素的污染。
4、环境控制
一个良好的工作环境是保证焊接施工的前提，所以，盡可能在焊接过程中不让外部因素影响到焊接工作，以确保正常的焊接工艺。天气是一个重要的环境影响因素。当天气（雨、风、雪、雾）影响正常焊接时，质量管理人员应及时要求焊接人员采取有效的防护措施。否则，应责令停止焊接工作，以保证施工工程的顺利进行。除了以上的焊接施工现场控制，加大对施工现场的检查和管理也是非常重要的，所有不符合要求的行为必须坚决予以制止和纠正，保证焊接质量完全在受控状态之内。
六、结束语
总而言之，随着石油管道事业的不断发展，管道焊接技术也在不断地更新发展。新的焊接方法也应运而生。焊接方法也由单一的焊条电弧焊向气保焊、药芯半自动焊、自动焊等焊接方向发展。而焊接工艺技术也是不断提高，这就需要更多的高素质、高水平焊接队伍才能平衡焊接业的发展。焊接质量的控制同时也决定着企业的生存和发展，同时也影响着我国石油经济水平的提高。因此必须严格的控制工程中焊接的质量问题，才能保证我国石油运输业的顺利运营。
参考文献：
[1]隋永莉.薛振奎.赵海鸿.石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析[J].压力容器.2006（06）.
[2]包海平.石油化工管道焊接工艺和焊接质量控制[J].广东科技.2011（02）.