钢管环缝焊接的质量控制策略

一、焊缝的分类

压力钢管焊缝按其重要性分为三类，各类焊缝见表6-4。

表6-4 压力钢管焊缝分类表

二、焊接方法

（一）厂内焊接

（1）管节纵缝焊接。主要采用富氩（80%Ar+20%CO2）保护实芯焊丝熔化极气保焊接技术，半自动或自动焊接方式，电源采用脉冲IGBT逆变电源，辅之以手工电弧焊。

（2）加劲环焊接。主要采用CO2保护实芯焊丝（或药芯焊丝）熔化极气保焊接技术，自动或半自动焊接方式，电源为可控硅和脉冲TGBT逆变电源，辅之以手工电弧焊。

（3）钢管大节组装环缝焊接。主要采用富氩（80%Ar+20%CO2）保护实芯焊丝熔化极气保焊接技术，手工半自动焊接方式，辅以手工电弧焊，条件具备的采用自动焊接方式。

（二）安装焊接

现场安装焊接采用手工弧焊。

三、焊接资源管理

（一）焊接设备

（1）用于压力钢管焊接的焊接设备及其相关设施选择与配置应经过验证并报监理机构批准。生产厂家应提供合格产品，附有详细的技术资料、合格证书等文件。

（2）施工中的焊接设备及其相关设施应处于正常工作状态，设备参数稳定、调节灵活和安全可靠，并能满足焊接规范需要。设备上的电流、电压表及规范参数调节装置等应定期检查，并经法定计量部门认证合格。

（二）焊材选用及管理

（1）焊接材料的规格、型号和其他技术要求应符合三峡压力钢管有关技术文件的规定，并按JB4078—92《锅炉压力容器焊接工艺评定规则》评定合格后，方可用于压力钢管的焊接。

（2）手工焊、自动焊焊材选用应经焊接工艺评定合格后，才能正式使用。

（3）对于异种钢材的焊接接头，焊材选配按SD2008—84《水工建筑物金属结构焊接技术规程》，采用低匹配方式，并进行异种钢接头的焊接工艺评定。焊接材料的选用情况见表6-5。

表6-5 焊接材料选用汇总表

（4）焊接材料应选购有信誉的专业厂家生产的合格产品。供货产品应附有出厂材质证明书和质量保证书。

（5）焊材进场时，应按合同文件要求进行焊材的检测工作。

（6）焊接材料仓库管理严格按有关规定执行。监理人员应对以下事项进行检查：

1）焊材实行一级、二级库管理，一级库主要用于批量存放；二级库主要用于少量焊材临时存放、烘焙、发放及回收。

2）一级库应有木地板隔潮，设货架，内设去湿机、加温设备、干湿度计及温度计等，确保室内通风、干燥，室温不低于5℃，相对湿度不大于50%。

3）焊材入一级库，设专人保管，做好记录，分类存放，做好标记，按工艺任务核对、发放及回收，只能由二级库专人领取。

4）二级库内设货架，临时存放取回一级库领取的少量焊材，由专人负责保管及焊材烘烤，按焊接任务书定量发放及回收。

（7）监理人员应对焊条烘焙与领用的下列事项进行检查：

1）焊条应严格按生产厂家说明书规定的温度和时间烘焙，并做好实测温度和时间的记录，烘焙后的焊条应保存在100～150℃的恒温箱内，药皮应无脱落和明显的裂痕。

2）施焊时，待用的电焊条应放在具有电源的保温桶内，随焊随取，并随手盖好筒盖，焊条在保温桶内的保存时间不宜超过4h，否则应重新烘焙，重复烘焙次数不宜超过两次。

3）焊丝在使用前应确保无铁锈及油污等杂质，否则应予严格清除。焊丝应确保在其保质期内使用。

4）气保护焊的保护气体（Ar、CO2或混合气体）的杂质含量应符合相关标准及试验通过的要求，气体的露点温度不高于-40℃。

5）焊接材料应由技术人员根据钢板母材、焊接部位、焊接工作量填写焊接任务书，焊工持任务书到二级库领用焊条。二级库经过校对，按量发放。焊接工作完毕，焊工应将焊条头及剩余焊条交回二级库，焊接施工现场不应有任何焊条头、杂物及其他影响文明施工的杂物。

四、焊接作业人员资质认证

（1）压力钢管焊接施工前，监理工程师应对施工单位焊接质检人员、焊接无损检验人员、焊工等人员的下列资格事项进行检查：

1）焊接作业及其质量检查人员必须经过技术培训，并取得有效的资质证书。

2）无损检验人员必须取得国家有关部门颁发的与其工作相适应的资格证书。

（2）所有焊工应经专门的基本理论和操作技术培训，并报经监理机构确认。

（3）凡从事一、二类焊缝焊接的焊工，必须按SL35—92《水工金属结构焊工考试规则》或《锅炉压力容器焊工考试规则》或SD263《焊工技术考核规则》规定进行考试，并取得相应的资质证书。

（4）焊工的资质证应在有效期内。焊工施焊工件的实际焊位应与其有效资质证焊位范围相符。

五、工艺评定与试板焊接

（1）压力钢管焊接前，监理机构应督促制造单位按相关技术规程规范完成焊接工艺设计和评定。焊接工艺设计和评定应包括现场作业中所有的焊接位置，所用钢材焊材应与实际使用的相同。

（2）评定前应根据规范和设计技术文件要求，针对采用的钢板牌号、厚度、焊接方法、焊接材料牌号以及坡口形式，拟定包括诸如坡口加工、组对、清理、预热温度、层间温度、时间、焊接参数、焊接位置、焊接层数和道数、线能量范围、焊后消除应力处理规范和全部检查、试验项目和程序的评定。

（3）焊接工艺评定结果经监理工程师审批后，方可作为正式焊接规程的编制依据。

（4）压力钢管焊接作业实施前，监理机构应督促制造单位完成试板焊接试验。试板的焊接应在监理工程师监督下进行。试板的钢号、厚度及热处理工艺等均应与正式施焊的压力钢管产品相同，试板焊接条件均应与正式焊接作业相同（包括气候条件、坡口组装要求、定位焊工艺、预热及后热工艺、焊接方法及工艺、焊接程序等）。

（5）焊后需消应处理的管段，其试板亦应按相同工艺要求进行消应处理。

（6）试样的质量检查和检验。

1）试板焊缝经外观检查，100%RT和100%UT无损探伤合格后，还应按DL5017—93《压力钢管制造安装及验收规范》附录D的要求进行拉伸、弯曲和冲击试验。试验结果应符合该验收规范的要求。

2）拉伸试验按现行国家标准GB2651—89《焊接接头拉伸试验法》中规定的要求加工和试验，拉伸试验的抗拉强度不应低于母材标准值的下限。

3）弯曲试件的取样及试验应符合：弯曲试样为横弯试样，数量2个（面弯、背弯或侧弯各一个）；试样制备和试验按JB4708—93《钢制压力容器焊接工艺评定钢制压力容器焊接规程》和GB2653—89《焊接接头弯曲及压扁试验法》之规定进行。

六、焊接作业

（一）作业环境

监理工程师应指示焊接作业单位加强对施工现场环境的监测。出现下列任一情况时，应指示焊接单位采取有效措施，并通过检查后方可正式焊接。

（1）雨天和雪天的露天施焊。

（2）施焊场地有穿堂风或手工电弧焊时风速超过8m/s及气保护焊时风速大于或等于2.0m/s。

（3）环境温度低于-5℃。

（4）相对湿度大于90%。

（二）作业流程

焊接准备—正缝焊接（连续焊接）—背缝清根（碳弧气刨）—坡口修磨并确认—背缝焊接（连续焊接）—焊后消氢处理—焊缝外观检查—UT检查—UT超标超陷返修—返修部位焊缝外观检查—复验（UT）—合格验收。

（三）工艺控制

监理工程师应根据审批的焊接程序对焊接的全过程进行跟踪、旁站。开焊前，施工单位必须向监理机构提交“焊接作业申请单”（格式见本章附录中附表6-7），并经监理工程师检查、审核，认为符合焊接条件，在“焊接作业申请单”上签证后方可焊接。焊接过程中监理工程师应根据焊接规程对焊接实施跟踪检查，并对纵、环焊缝的施焊质量检查情况作好记录（格式见本章附录中附表6-8、附表6-9）。

（四）焊前准备(www.xing528.com)

（1）施焊焊工应对焊件的组对质量进行检查，如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷，应及时提出，进行处理或修复。

（2）焊件组对局部间隙超过5mm，但长度不大于该焊缝长度的15%时，允许在坡口两侧或一侧作堆焊处理，但应符合下列规定：严禁在间隙内填入金属材料；堆焊后应用砂轮打磨修整；根据堆焊长度和间隙大小，对堆焊部位的焊缝酌情进行磁粉（MT）探伤检查。

（3）一、二类焊缝必须装配合格并经过签认开焊证后，才可开始进入焊接工序。

（4）施焊前应将坡口表面和两侧至少10～20mm范围内的水分、油、毛刺、铁锈、氧化皮及夹渣等清除干净，并打磨露出金属光泽。

（五）定位焊的质量检查

（1）定位焊的质量要求及焊接工艺应与正式施焊工艺相同。

（2）一、二类焊缝定位焊由持有效资质证书的焊工承担。

（3）定位焊缝应有一定的强度，但其厚度一般不应超过正式焊缝的1/2，通常为4～6mm。定位焊缝的长度一般为30～60mm，间距以不超过40mm为宜。冬季施工的低合金钢，其定位焊缝的厚度可增加至8mm，长度可为80～100mm。

（4）定位焊的引弧和熄弧应在坡口内进行。

（5）熔入焊道的定位焊缝，其焊材应与正式焊缝要求相同。

（六）焊接规范的执行检查

（1）正式焊接应严格按焊接工艺评定的规范执行，其中至少包括以下内容：焊接电源特性、预热及后热的温度和范围、线能量、保护气体种类及其质量、气体流量。

（2）焊接工位布置的规定见表6-6。

表6-6 焊位布置规定

（3）焊前预热、焊后热处理和消应应严格按照规定执行。

（七）焊接作业过程中的质量要求

（1）焊缝焊接顺序的选择和焊工位置布置应有利于减少焊接变形和焊接应力，焊缝的焊接应尽量采取多层多道焊和分段退焊法。

（2）对所有焊缝的封底焊，应力求焊透，并确保与母材熔合良好。

（3）焊接规范严格按照工艺指导书的规定执行，并严格测定和控制线能量。

（4）严禁在非焊接部位的母材上引弧、试电流及焊接临时支架。

（5）要求预热的焊缝为多层焊时，应保证层间温度不低于规定的预热温度的下限值。

（6）多层多道焊时，应将每层道的焊渣、飞溅物仔细清理，自检合格后，再进行下一层焊接，层间接头至少错开30mm以上。

（7）对于拘束应力较大部位的焊接，应同时采用捶击的办法进一步减少焊接应力。

（8）双面焊缝的背面采用碳弧气刨清根时，坡口应尽量平整、光滑，根部成U形，然后使用砂轮修磨，除去渗碳层。

（9）厚板焊接应制定严密的焊接工艺，每条焊缝均需连续焊成，不宜中断，如需中断应采取有效的保温措施。

（10）现场安装环缝应逐条焊接，不得跳跃，不得在混凝土浇筑后再进行环缝的焊接。

（11）安装环缝焊接时，先焊大坡口侧平焊，然后进行小坡口侧的清根与仰焊。

（12）施焊作业人员完成规定的焊缝焊接并自检合格后，应按要求填写焊接工艺流程卡交焊接专业质检员进行检查。

（13）一、二类焊缝检查合格后，应在其附近打上焊工钢印号。对于高强度钢板，可不打钢印号，但应当场作记录，由焊工签名。

（八）凑合节焊缝的焊接

（1）先进行纵缝的焊接，焊缝经无损检测合格后，再焊接环缝。

（2）环缝焊接时，先焊接间隙较大的一条，待无损检测合格后，再焊接另一条。两条环缝的焊接，不得同时进行。

（3）凑合节合拢焊缝焊接，宜采用小规范、偶数个焊工对称分段退焊法施焊，除盖面层外，其余各层均需使用风铲捶击消除焊接应力。

（4）凑合节合拢焊缝焊接，如果环境温度较低或相对湿度较大，可适当提高预热温度。

七、预热、后热及消应处理

（1）需加热，、预热工艺的钢板，其点焊、工卡具焊接要求均与正式焊缝相同。

（2）采用远红外加热器进行正式焊缝焊前预热和热处理，并配套采用电脑温控仪进行温度控制和自动记录。

（3）预热及后热全过程应由焊接工艺监督人员随时使用测温仪进行温度监控。

（4）焊缝每侧热处理范围不小于母材板厚的3倍。

（5）监理人员应按下列要求加强对预热及后热质量的检查：

1）16MnR δ＞30～38mm 预热温度80～100℃

SUM1TEN610F δ＞30～38mm 预热温度50～80℃

SUM1TEN610F 8＞38～54mm 预热温度80～100℃

2）层间温度不低于预热温度，不高于230℃。

3）对于板厚大于34mm的低合金钢及高强钢应作后热消应处理；低合金钢后热处理温度宜为250～100℃，保温时间为1h以上。

（6）对于板厚大于34mm的高强钢采用爆炸消应处理。

八、质量检验与焊缝缺陷的处理

（1）监理机构及监理人员应督促制造单位加强对焊接件的三级质量检验，并在其终检合格基础上报监理机构复检认证。焊接作业过程中，监理人员应按三峡工程质量标准，加强对所有焊缝的外观检查，并做好外观检查检测情况记录（格式见本章附录中附表6-10）。

（2）焊缝内部质量检验采用无损探伤方法进行。无损探伤应在焊缝外观质量检验合格、焊接完成24h以后进行。监理人员在施工人员进行探伤检测时，应跟踪、旁站检查，并做一定比例的抽查。跟踪、旁站情况记录格式见本章附录中附表6-11。

1）焊缝无损探伤检测百分比应符合表6-7。

表6-7 焊缝探伤检测比例表

2）无损探伤质量评定标准见表6-8。

表6-8 探伤评定标准

（3）对焊缝局部探伤中，如发现不允许缺陷，应在缺陷方向或可疑部位作补充探伤。如经补充探伤发现不允许缺陷，则应对同一焊工在同一焊缝上的施焊部位或整条焊缝进行探伤复查。

（4）对焊缝内部或表面发现的裂纹应进行分析，找出原因，制定措施报监理审批后方可焊补。

（5）焊缝内部缺陷应用碳弧气刨或砂轮将缺陷清除并用砂轮修磨成便于焊接的凹槽。焊补前要认真检查，如缺陷为裂纹，则应用磁粉或渗透探伤，确认裂纹已经消除，方可焊补。

（6）当焊补的焊缝需要预热、后热时，则应按规定进行预热和后热。

（7）返修后的焊缝，应用射线探伤或超声波探伤复查。同一部位的返修次数不宜超过2次。对超过2次的焊补，应制定可靠的技术措施，并经施工单位技术负责人批准，同时经监理工程师认可后，方可焊补，并作好记录。

（8）管壁表面凹坑深度大于板厚10%或超过2mm，焊补前应用碳弧气刨或砂轮将凹坑刨成和修磨成便于焊接的凹槽，再行焊补。如需预热、后热，则按本节七中的有关规定进行。焊补后应用砂轮将焊补处磨平，并认真检查有无微裂纹。对高强钢还应采用磁粉或渗透检查。

（9）母材严禁电弧擦伤，否则应用砂轮对擦伤处作打磨处理，并认真检查有无微裂纹。对高强钢在施工初期和必要时应用磁粉或渗透检查。