天然气管道工程管道焊接工艺施工方案
一、管道焊接施工要求
1、管道切口质量应符合下列规定：
⑴ 切口表面应平整、无裂纹、重皮、毛刺、凹凸、缩口、熔渣、氧化物、铁屑等；
⑵ 切口端面倾斜偏差不应大于管子外径的１％，且不得超过1mm；
⑶ 有坡口加工要求的，坡口加工形式按焊接方案规定进行。
2、管道预制时应按单线图规定的数量、规格、材质等选配管道组成件，并按单线图标明管道的系统号和按预制顺序标明各组成件的顺序号。
3、管道预制时，自由管段和封闭管段的选择应合理，封闭段必须按现场实测尺寸加工，预制完毕应检查内部洁净度，封闭管口，并按顺序合理堆放。
4、管道对接焊缝位置应符合下列规定：
⑴管道位置距离弯管的弯曲起点不得小于管子外径或不小于100mm；
⑵管子两个对接焊缝间的距离不大于5mm.
⑶支吊架管部位置不得与管子对接焊缝重合，焊缝距离支吊架边缘不得小于50mm；
⑷管子接口应避开疏放水、放空及仪表管的开孔位置，距开孔边缘不应小于50mm，且不应小于孔径。
5、管道支架的形式、材质、加工尺寸及精度应严格按照相关图集进行制作，滑动支架的工作面应平滑灵活，无卡涩现象。
6、制作合格的支吊架应进行防腐处理，并妥善分类保管。支架生根结构上的孔应采用机械钻孔。
二、管道安装
1、管道安装前应具备下列条件：
⑴与管道有关工程经检验合格，满足安装要求；
⑵管子、管件、管道附件等已检验合格，具有相关证件；
⑶管道组成件及预制件已按设计核对无误，内部已清理干净无杂物。
2、管道安装应按单线图所示，按管道系统号和预制顺序号安装。安装组合件时，组合件应具备足够刚性，吊装后不应产生永久变形，临时固定应牢固可靠。
3、管道水平段的坡度方向以便于疏放水和排放空气为原则确定。
4、管道连接时，不得用强力对口，加热管子，加偏垫或多层垫等方法来消除接口端面的空隙、偏斜、错口或不同心等缺陷。
5、管子或管件的坡口及内外壁10-15mm范围内的油漆、垢、锈等，在对口前应清除干净，显示出金属光泽。管子对口一段应平直，焊接角变形在距离接口中心２00mｍ处测量，当管子公称通径ＤＮ＜100mm时，折口的允许偏差ａ≤２ｍｍ；当ＤＮ≥100mm时，允许偏差ａ≤３ｍｍ。
6、管道对口一般应做到内壁齐平，如有错口时，对接单面焊的局部错口值不应超过壁厚的10％，且不大于1mm，对接双面焊的局部错口值不应超过焊件厚度的10%，且不大于３ｍｍ。对口符合要求后，应垫置牢固，避免焊接过程中管子移动。
7、管道安装应根据现场实际条件进行组织，原则为先大管后小管，安装工作有间断时，应及时封闭管口，管道安装的允许偏差为：
项目 允许偏差
标高 架空 室外＜±15
水平管弯曲度 ＤＮ≤100 1/1000且≤20
ＤＮ＞100 1.5/1000≤20
立管铅垂度 ≤ 2/1000 且≤15
交叉管间距偏差 ＜±10
11、法兰及紧固件安装
⑴法兰安装前，应对法兰密封面及密封垫片进行外观检查，不得有影响密封性能的缺陷。
⑵法兰连接时应保持法兰间的平行，其偏差不应大于法兰外径的1.5/1000，且不得大于2ｍｍ，不得用强紧螺栓的方法消除歪斜。
⑶法兰平面应与管子轴线相垂直，平焊法兰内侧角焊缝不得漏焊，焊后应清除氧化物等杂质。
⑷垫片的内径应比法兰内径大２—３ｍｍ。垫片应为整圆。
⑸连接用的紧固件的材质、规格、形式应符合设计规定。
⑹法兰应使用同一规格，螺栓安装方向一致，紧固螺栓应对称均匀，松紧适度。螺栓应露出螺母２—３个螺距。
12、盲板安装
1、盲板厚度应选10mm，材质与原管材质相同。
2、盲板的添加位置应正确无误，并按要求进行加强。
13、支架安装
⑴支架安装工作应和管道安装同步进行，支架的位置、形式尽可能符合设计规定。
⑵支架安装前应清理基础，和基础固定好，安装时及时进行支架的固定和调整工作，支架安装应平整、牢固、与管子接触良好。
⑶滑动支架的滑动面应洁净平整，以保证管道能自由膨胀。滑动支架的滑动部分应裸露，不应被水泥及保温层敷盖。
⑷在有热位移的管道上安装支架时，其支点的偏移方向及尺寸按设计图纸要求正确装设。
⑸有热位移的管道，在受热膨胀时，应进行检查与调整，检查活动支架的位移方向、位移量及导向性能是否符合设计要求，管托有无脱落现象，固定支架是否牢固可靠。
⑹支架间的间距按设计正确安装，安装过程中使用的临时支架应有明显标志，并不得与正式支架位置冲突，管道安装完毕后及时拆除。
⑻管道安装完毕后，应按设计文件逐个核对支架的形式、材质和位置，以免错装、漏装。
14、管道安装完毕自检合格后，进行“三查四定”收尾工作，进行吹扫，清洗。
三、管道焊接
１、焊条、焊丝应根据母材的化学成分、机械性能合理选用在使用前必需检查其质量合格证明书和产品是否相符。
２、焊条、焊丝焊条存放地点应符合焊材对温度、湿度的要求，按时填写保存环境记录。如果焊条受潮，焊材使用前应按其使用说明进行烘干。
3、焊接人员必须有上岗证，而且在规定的范围内。
4、本次施工的管道为中压焊接管道，且管道厚度不大于10mm。
5、管道焊接前用气焊打坡口，打完坡后对管口处出现的焊渣等物应用绞磨机进行清理，使坡口面出现金属光泽。
6、此次管道坡口全部采用V型坡口坡口角度为55～65，钝边为0～3mm，管道间隙为1～3mm。
7、由于管道要吊装作业，此次焊接采用定位焊，对于一般的管子，应在正面焊一小点，侧面焊二大点。具体定位点个数见下表
管径 焊接点个数
≥75 2
100 4
1）引弧及起焊：在图所示A点破口面上引弧至间隙内，使焊条在两钝边作微小横向摆动，当钝边熔化铁液与焊条熔滴连在一起时，焊条上送，此时焊条端部到达破口底边，整个电弧的2/3将在管内燃烧，并形成第一个熔孔。在仰焊至斜仰焊位置运条时，必须保证半打穿状态；至斜立焊及平焊位置，可运用顶弧焊接。其运条角度变化过程及位置如图所示
为了在仰焊部位消除和减少内凹现象，除了台理选择坡口角度和焊接电流以外，断弧动作要果断，引弧动作要准确和稳当，在坡口两侧停留时间不宜过多，焊接电弧要短，并借助电弧的吹力使熔池金属推向背面。
2)仰焊及下胆坡部位的焊接：应压住电弧作横向摆动运条，运条幅度要小，速度要快，焊条与管子切线倾角为80°—85°左右。
随着焊接向上进行，焊条角度变大，焊条深度慢慢变浅。在7点位置时，焊条端部离口底边约1mm，焊条角度为100°—105°，这时约有1/2电弧在管内燃烧，横向摆动幅度增大，在坡口两侧稍作停顿。到达立焊时，焊条与管子切线的倾角为90 °。
3) 上爬坡和平焊部位的焊接，焊条继续向外带出，焊条端部离坡口底边约2mm，这时1/3电弧在管内燃烧。上爬坡的焊条角度与管切线夹角为85°—90 °，平焊时夹角为80°左右，并在图6-22 aB点收弧。
仰焊接头方法，由于起焊处容易产生气孔、未焊透等缺陷，故接头时应把起焊处的原焊缝用电弧割去一部分（约10mm长），这样既割除了可能有缺陷的焊缝，而且形成缓坡形割槽，也便于接头。其操作方法如下：首先用长弧烤热接头部分，稍微压短电弧，此时弧长约等于两倍焊条直径。从超越接头中心约10mm的焊波上开始焊接。此时．电弧不宜压短，也不作横向摆动，一旦运条至接头中心时，立即拉平焊条压住熔化铁液向后推送，未凝固的铁液即被割除而形成一条缓坡形的割槽。焊条随即回到原始位置（约30°），从割槽的后端开始焊接。运条至接头中心时切勿灭弧，必须将焊条向上顶一下，以打穿末熔化的根部，使接头完全熔合（图6-23）。
对于重要管道或使用低氢型焊条焊接时，可用錾、锉等手工加工方式修理接头处，把仰焊接头处修理为缓坡形，然后再施焊。
2)平焊接头方法：先修理接头处，使成一缓坡形，选用适中的电流值，当运条至斜立焊（立平焊）位置时，焊条前倾，保持顶弧焊，井稍作横向摆动（图6 -24），当距接头处尚有3～5mm间隙，即将封闭时，绝不可灭孤。接头封闭的时候，需把焊条向里稍为压一下，此时，可听到电弧打穿根部而产生的“啪喇”声，并且在接头处来回摆动以延长停留时间，从而保证充分的熔合。熄弧之前，必须填满熔池，而后将电弧引至破口一侧熄灭。
3）与定位焊缝接头：当运条至定位焊点时，将焊条向下压一下，如听到“噗噗”声后，快速向前施焊，到定位焊缝另一端时，焊条在接头处稍停，将焊条向下压一下，若听到“噗噗”声后，表明根部已熔透，恢复原来的操作手法。
4)换焊条时接头：有热接和冷接两种接法。
热接：在收弧处尚保持红热状态，立即从熔池前面引弧，迅速把电弧拉倒收弧处，见图6-25所示。
冷接：即熔池已经凝固冷却，必须将收弧处打磨成斜坡，并在其附近引弧，再拉到打磨处稍作停顿，待先焊焊缝充分熔化，方可向前正常焊接。
管道施工中焊接缺陷的产生及预防
根据工程施工过程中的具体情况，结合多年的施工管理经验，如何防止焊接缺陷的产生，以便为提高管道焊接工程质量，焊接施工时，焊条、焊丝的选择、使用方法、焊接条件和施工管理等任何一个方面的失误，都可导致“焊接缺陷”的产生。而一项不当的焊接工艺及不适当的焊接参数的选择更是造成焊接缺陷的主要原因。焊接缺陷大致可分为内部缺陷和外部缺陷两类。内部缺陷主要指气孔、未焊透，裂缝，未熔合及夹渣等。外部缺陷是指表面裂纹，表面气孔，凹坑，焊瘤和咬边等形状缺陷，以及热变形，错边或角焊缝的焊脚尺寸不足等尺寸上的缺陷。
一、 夹渣
夹渣分单个的与条状的两类。有的外形不规则，也有的呈球状。他们都是焊缝金属中残留的外来固体物质。用药芯焊丝焊接时会产生一层溶渣覆盖于焊缝表面，当溶渣在熔融的焊缝金属中来不及浮出表面而停留在金属内时，就形成夹渣。这些夹渣削弱了焊缝，并且可能成为一种裂纹源。他们可由下列因素造成：
1． 前层的焊道清渣不干净；
2． 不稳定的运条速度；
3． 不适当的焊丝角度，使熔渣流到电弧前面；
4． 摆动幅度太宽；
5． 运条速度太慢，使熔池处在电弧前面；
6． 电流控制得太低
采用下面措施可以避免：
1． 仔细清理前一焊道的熔渣，特别是沿焊道的两侧；
2． 采用均匀的运条速度；
3． 增加焊炬的倾斜角，避免熔渣流到电弧前面；
4． 使用较窄的摆幅；
5． 提高运条速度，以便使电弧位于熔池的前面；
6． 提高电流设定值。
二、气孔
气孔是在焊缝金属中的一种充满气体（H2，N2，CO）的空穴。气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁洁净光滑。他们可以密集的分布在焊缝的某一部位，也可以沿着焊缝的全长分布。气孔减小了焊缝横截面，使其受到削弱。气孔可以在焊缝内部，也可以穿透到焊缝表面，或者两种都有。也有的表现为焊缝表面的凹坑或长条状气沟。当从凹坑部分释放出来的气体，受到半熔融熔渣的抑制，被封闭与熔渣与熔融金属间，造成熔融金属的下凹，当金属凝固时，即成气沟。如图2-1
气孔可由下列一个或多个因素造成：
（a） （b）
（c）
图2-1气孔，凹坑，气沟一例
1、 用于保护电弧及熔池的保护气体流量不够；
2、 保护气体流量过大,将空气卷入,或风速大造成保护气体的覆盖偏转,导致保护不良;
3、 保护气体混有杂质或受潮;
4、 焊接电流过大,或电弧电压过太高;
5、 焊丝干伸长度过长;
6、 过快的运条速度,导致气体还没逸出之前,焊接熔池以凝固;
7、 母材或焊丝表面有锈,油脂,湿气或脏物;
8、 母材中的杂质,如钢中的S含量过高,
根据上列原因,可采用下列相应措施,以消除气孔的产生.
1. 增加保护气体流量,在无风时,流量为20-25L/Min;
2. 采取防风措施,防止穿堂风.在室外焊接,气体保护焊时当风速超过2m/s 时,要设置防风措施；
3. 增加去除气体中湿气的装置，及保证气体纯度；
4. 调整至合适的焊接电流或电弧电压,或调整送丝速度;
5. 缩短干身长度或调整焊炬角度,清理喷嘴内附着的飞溅物,改善气体保护;
6. 减慢运条速度;
7. 清理母材或焊丝表面;
三.裂纹
对焊接接头质量影响最大的是裂纹,裂纹的产生可以由不适当的焊接工艺、焊工技术或材料所致。按照裂纹发生的时间可划分为冷裂纹与热裂纹两种，这些裂纹可以垂直或平行于焊缝。横向裂纹垂直于焊缝轴线，是纵向收缩应力作用所引起的；纵向裂纹常常发生于高的接头拘束及高的冷却速度条件下，预热往往可以减少这些裂纹的发生。
1. 热裂纹
热裂纹又称“结晶裂纹”，当焊缝金属凝固时，如果在枝晶间存在富集杂质元素的低熔点相薄膜，在焊接应力的作用下就会产生热裂纹。硫和磷是最易形成低熔点相的元素，它们的作用也会因含炭量的增加而提高。
按热裂纹的形态，可分为“纵向裂纹”、“横向裂纹”、“弧坑裂纹”，“热影响区（HAZ）液化裂纹”等。
热裂纹发生在凝固温度至Ar3以上温度，其微观特征为沿晶界分布。这类裂纹常常因为母材中含S、P含量过高，也可能因为不适当的收弧方法所致。热裂纹也常常发生在熔深较深的焊缝中（即焊道的深宽比超过1.2），这在“梨形”焊缝中多有发现。热裂纹可由下列措施加以避免或减少到最少程度。
（1） 采取预热，以降低收缩应力；
（2） 使用清洁的或未被污染的保护气体；
（3） 增加焊道的横截面；
（4） 调节焊接规范，更改焊道的外形轮廓，即控制焊道的深宽比不超过1.2；
（5） 采用杂质元素含量很低的母材；
（6） 使用含Mn量高的焊丝，提高焊丝的Mn/S之比。
弧坑裂纹是深度很浅的热裂纹，他们往往是因不适当的收弧方法所引起。为了避免弧坑裂纹，可以采取返回移动焊丝，或在断弧前停止运条，将电弧间断停止几次，使弧坑填满。
2、冷裂纹
冷裂纹形成于Ar3温度以下，通常在马氏体转变温度区间（约200～300℃以下）有的焊后立即出现，有的经几小时乃至几天后才出现，故亦称延迟裂纹。其微观特征是穿晶断裂，继续延伸。促成冷裂纹的主要因素有三个方面，即钢种的淬硬倾向、氢的作用和焊接接头的拘束应力。焊前预热，使用干燥的、高纯的保护气体及适当的清理工序都有助于防止这类缺陷的产生。使用药芯焊丝通常比实芯焊丝产生冷裂纹要少，这是因为药芯焊丝气保护焊的线能量高，提供了更多的预热效应，也有助于减少因过快的冷却速度而产生淬硬组织等。冷裂纹可产生在焊缝、热影响区，也可能扩展到母材之中。
焊缝中的冷裂纹可以由下述一个或多个因素造成：
（1） 相比于母材的厚度，焊道的横截面太小；
（2） 不良的装配，如间隙过大，错边等；
（3） 高的接头拘束；
（4） 弧坑裂纹的延伸。
避免焊缝中冷裂纹的最好方法是：
（1） 要选用合适的焊接线能量，增加焊道的横截面尺寸；
（2） 降低间隙宽度；
（3） 预热，必要时可采用后热或缓冷措施，以降低冷却速度；
（4） 填满弧坑；
（5） 选用扩散氢含量少的焊丝及按焊条说明书要求烘干焊条；
（6） 避免强力组对焊口
四、未熔合和未焊透
未熔合发生在焊道之间或焊道与母材之间，通常是因为被焊部位未能完全熔化结合或液态金属流动不充分所造成的。这种缺陷的另一种形式是根据未熔合，即未焊透，其起因可与未熔合相同，也可能是由于电流太小或焊接热输入不够所导致。坡口设计不当，焊接工艺或操作不当等也能导致未焊透。图4-1
药芯焊丝的熔深比实芯焊丝稍浅，且焊丝熔融量大，熔融金属容易流淌到电弧前面，因此，当操作不当时，药芯焊丝容易形成未熔合或未焊透缺陷。当采用摆动焊接工艺时，若两侧停留时间不足，容易产生未熔合。在多层焊时，也常常容易出现未熔合，尤其是当上一道焊道过分突起时。因此，如果上一道焊道过分突起，则必须用砂轮打磨或在突起外减慢焊速，适当增加在焊道两侧的停留时间，以便充分熔化。
产生未熔合的原因，可能有下面几种：
1、 焊接规范不合适，电流太小或电弧电压太高，使电弧吹力过小，熔深不够。
2、 运条速度不当，过快则易使熔融金属跟不上，过慢则易使熔融金属往前淌，减小熔深；
3、 焊炬角度不合适，焊丝未对准，不能保证充分熔透；
4、 坡口宽，摆动弧度过大，两侧停留时间不够；
5、 坡口角度狭小，不能充分熔透；
6、 坡口内焊道突起过高，尤其是坡口底部的焊道。
图4-1未熔合和未焊透一例
相应的防止方法是：
1、 选择合适的电流、电压及焊接速度，以保证有足够的熔深；
2、 焊炬要尽量垂直坡口面，焊丝要对准前层焊道的缝边；
3、 不要摆动过宽，在两侧要充分停留；
4.、调整坡口角度，钝边大小、根部间隙；
5、用砂轮等工具打磨掉焊道过高凸起部分。
五、咬边和焊瘤
当焊接条件选择不当，或操作手法不合适，就可能造成咬边或焊瘤。一般讲，焊接速度过快，容易产生咬边。当焊接速度过慢，容易产生焊瘤。图5-1
这种缺陷的防止，要调整焊接电流和焊接速度，在平角焊时，喷嘴角度及焊丝对准的位置很重要。咬边和焊瘤的产生原因及防止方法分别示于表5-1、5-2。
图5-1 咬边和焊瘤示意图
表5-1咬边产生的原因和防止方法
表5-2焊瘤产生的原因和防止方法
六、钨极氩弧焊焊接缺陷及预防措施
钨极氩弧焊产生的工艺缺陷如；咬边、烧穿，未焊透、表面成型不好等，同一般电弧焊方法相似，产生的原因大体相同。而特有的工艺缺陷及其产生的原因和防止措施见下表：
表6-1特有的工艺缺陷及其产生的原因和防止措施
七、冬季施工方案
1、冬期施工的确定
安装工程：当环境温度低于0℃时，即转入冬期施工；
2、管理措施
冬季施工，必须克服寒冷天气对工程质量和安全生产的影响，关键要做好施工前的准备工作和施工中的检查工作，每项工程施工前，技术人员要结合具体气象条件及工程任务特点，详细地做好对施工人员的技术交底，保证每个施工人员了解每一步施工要求，并监督施工人员按施工方案的要求执行。
在整个冬期施工中，施工现场设专人测温、气象记录、覆盖，技术人员和工程师在每天下午下班前检查各施工项目的保温、覆盖情况。
施工计划安排必须考虑冬季气候条件及特点，尽量避开冬季施工。有关人员每天收听天气预报，根据天气情况安排施工生产。
入冬之前应对生产、生活设施组织全面安全、质量检查，及时解决检查中发现的问题。
冬季施工过程中除执行本措施要求外，还应执行有关设计要求、规范、具体施工方案等技术文件要求。
当环境温度低于5℃时，焊接前用氧-乙炔焰对焊缝坡口两侧100mmm范围内进行加热烘干，驱除坡口内的露水潮气，火焰采用中性焰。
当环境温度低于0℃时，除奥氏体不锈钢外，无预热要求的钢种，在始焊处100mm范围内，预热到15℃以上。
焊接须连续进行，中断焊接时，要采取保温措施，立即用石棉布或岩棉被将焊口包裹，重新焊接时再对焊口进行预热，焊接过程中层间温度不低于预热温度，焊接完毕对焊口进行保温缓冷。
当焊接环境温度低于下列要求时，必须采取提高焊接环境温度的措施：
①普通碳素钢焊接，不低于-20℃；
②低合金钢焊接，不低于-10℃；
③奥氏体不锈钢焊接，不低于-5℃：
④屈服点大于390MPa的低合金钢焊接，不低于0℃。
3、管道安装：
彻底清尽现场各种基础预留孔内的存水或污物，并用干砂临时充填。 施工过程中，预制管段的两端及设备，管道放空口等敞口部分应及时封口，防止进水、进雪冻结。
管道焊接时，应保证焊接区不受恶劣天气影响。当环境温度较低时应采取适当措施（如预热、暖棚、加热），保证焊接所需的足够温度。焊条应烘干后放入保温桶内。在室外焊接时，如风力大于4级应设防风屏障，雨、雪天应设挡雨棚。
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