上海华谊建设有限公司 200232
摘要：针对设计要求及工程实际情况，通过对316L不锈钢管道全自动焊接工艺评定试验，提出了施工过程的质量控制要点。工程实践表明，该工艺方案可行。
关键词：316L不锈钢管道；全自动焊接；施工质量；控制措施；黄酒装置
0 引言
316L不锈钢管具有表面光滑、美观、耐高温氧化和耐低温、相比普通钢还具有抗腐蚀等优点，所以获得了普遍的推广及应用，被广泛应用于化工、医药、食品等领域。
2016年，我公司承接的会稽山绍兴酒股份有限公司中国黄酒产业基地一期年产4万KL黄酒项目建设工程中，大量采用316L薄壁不锈钢管，在施工中采用全自动焊接工艺。焊接作为不锈钢管道施工的重要一环，其质量的好与坏，将直接影响到管道以后的使用安全与使用年限，对产品质量保证尤为重要。我们进行了一系列工艺试验，精心制定施工方案，严格控制焊接质量，确保该工程316L不锈钢管道安装顺利完成。
1 焊接方法的选择
1.1 焊接性能
316L是奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，很好的塑性和韧性，可焊性良好，适用各种焊接方法。
1.2 焊接方法选择
由于在黄酒酿制生产过程中，会产生大量沉淀，管道内部焊缝如存在不平整、内凹等，沉淀会集聚滋生细菌，影响黄酒质量，所以对薄壁不锈钢管焊缝质量要求较高。316L不锈钢管道采用数字化焊接技术可实现不开坡口，进行无间隙组对，通过母材自熔形成焊接接头，一次成型合格率高，焊缝外观好，节约资源，能确保质量要求，而且大大提高了生产效率。
1.3 全自动氩弧焊技术的特点
全自动焊接通过精确的自动控制和准确的机械动作来确保持续、稳定的焊接质量，由于自动化程度高，充分显示出高速、高效的特点。同时由于其焊接速度的提高，大大减少了内部充氩时间，节省氩气的消耗量。
全自动氩弧焊，主要针对被焊管材规格编制相应的焊接工艺参数，通过适当的试焊、调整即可得到该规格管材的焊接程序并将其进行存储，在实际焊接过程中，只需针对管材的规格调出相应的预存程序直接施焊即可保证焊接接头的质量。而且焊接速度快、质量稳定，一次焊接合格率高、易于操作。
由于整个焊接过程都是机器自动完成，操作员可远离焊接区，有效防止焊接弧光辐射、烟尘等焊接有害物对人体造成伤害。
2 焊接工艺评定
2.1焊接试验
针对不同规格的管材编制相应的焊接程序，对已编制的焊接程序进行试焊。通过对焊接工艺参数的适当调整使焊接试样符合质量要求。
对焊接试样进行外观检查、无损检测、力学性能及弯曲试验。
2.2工艺评定
焊接工艺评定标准和工艺评定项目的确定按GB50236《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》及设计文件的规定。
根据设计文件规定，本工程不锈钢管道采用德国DIN11850标准，规格范围φ204至φ23，，壁厚范围为1.5mm至1.0mm。以φ38×1.2为例，工艺评定焊接工艺参数见下表
φ38×1.2管道工艺评定焊接工艺参数
.png)
工艺评定项目及试验项目、数量见下表
工艺评定项目及试验要求、数量
.png)
注：表中D为弯曲直径、t为试样厚度。
评定结果如下：焊缝表面成形良好，外观检查无裂纹、未焊透、未熔合等缺欠。无损检测、力学性能及弯曲试验合格。
3 焊工资质
焊工必须持有合格有效的自动焊操作证。正式上岗前对焊工进行操作技能培训、质量培训、技能考核并进行焊接试样确认合格后才能上岗。
4 安装工程中焊接质量控制要点
施工现场建立质量管理体系。焊接质检人员对现场进行全面检查和控制，负责编制和确定焊口编号和日常的检查工作，参与焊接技术措施的审定，参加对焊接质量问题的分析、处理。
4.1 工艺流程
管材下料--端口处理--管材组对--夹上焊头--调节钨极--开始焊接--焊后检验。
4.2焊接试样检验
1）每一台自动机每天工作开始焊几个短管样品做一次焊接测试，直至合格后开始正常工作。当更换或使用不同批次的材料时，应重新调节自动焊机卡盘设置，保证焊缝的质量达到合格。
2）每种规格试样焊接时，必须有甲方工程师、质检人员和施工焊接工程师在场。
3）焊接试样由焊工自检，现场焊接工程师、焊接质检人员检验和甲方工程师、监理检验。试样检验合格后方可正式施工。
4.3 管端加工及组对要点
1）管道切割必须使用专用的自动割刀，并与用于切割其他材料的工具分开。
2）管材切割加工后应及时清理管端毛刺。
3）管材切割加工后，将被加工一端向下倾斜30度，在离头20~30cm用塑料柄轻击管子，使粉屑落下或用吸尘器吸除。
4）组对前，对管端两侧50mm范围内采用合金刮刀或不锈钢丝去除氧化膜并用无尘纸蘸清洗剂或酒精等不含氯的溶剂除去油脂、水分、灰尘等杂物。
5）依据设计施工文件及焊接工艺规程要求，在管道组对焊接时，使用管道对口器。对口器的使用，在于使焊口固定并对管道错边量进行调整。
6）对管口组对的错边量进行检查，错边量应小于壁厚的10%。由于管口尺寸偏差（管口周长）若出现较大错边，应进行调整。
4.4 焊接要求
1）焊接工作尽量在现场室内预制场进行。在实施焊接作业前，应对需要开展作业的有关设备机具、材料等进行检查，能否满足焊接的条件。
2）焊机必须单独供电；焊接时，需保证稳定不间断的供电，且其供电电源应和其他焊接设备或大功率设备分开，设置稳压设备。
3）使用高纯氩气（最小纯度为99.99％）。
4）管内充氩气保护，两端采用硬质海绵塞，确保不漏气，以达到良好的背面保护效果。
5）输气导管必须是经净化处理的TFL或PVC软管。流量计必须是专用氩气流量计。禁止使用橡胶管等易吸湿材料管道。
6）每瓶氩气使用前，应先试焊一个焊口检验氩气质量。当每瓶氩气用至表压为1.5MPa时，应停止使用。
7）电极采用含2％铈的钨极，钨极直径为1.2mm。
8）为保证保护有效，防止有害气体对焊接区域的侵入，焊接前保护气体应提前送气，焊接停止后，应继续送气，直到焊接区域冷却到200℃以下。
9）必须采取措施保护管道、附件、阀门等不受坚硬的元件破坏。
10）不允许氯化物（＞50ppm）或磷酸盐（＞150ppm）接触不锈钢元件。为防止渗碳，禁止碳钢接触不锈钢元件。
11）阀门与其他相连接附件必须和管道的尺寸、规格和公差相一致，并与自动焊接工序相符。
12）如果阀门和附件有热敏感部件如塑料或橡胶等，这些部件在焊接前必须拆去，以防止被破坏。拆下的部件保存在洁净的塑料袋中或洁净容器中。
13）不能拆去而焊接时又易遭破坏的元件和附件采用适当的措施进行冷却，在焊接后保持足够的冷却时间。
14）焊接前，应对天气情况进行全面了解，是否适合焊接作业。一般情况下，湿度超过90%、雨天、风速超过8m/s、环境温度低于焊接规程中规定的温度时，应采取有效的保护措施。
15）当焊缝表面及热影响区发现不可接受的变色时，应立即停止焊接，查明原因，采取措施，并验证确实有效后，方可继续焊接。
16）必须一次性完成每个焊口的焊接，如特殊情况中途停止焊接应将该焊缝割除重新焊接。
17）施工完的管道和暂时不施工的管道二端用塑料封住，并注入保护气体，气压应大于大气压。
18）施工中发现有缺陷的焊缝及时割除重焊，重焊焊口必须记录清楚。
19）所有工具、工具箱和机械日常使用时应进行防环境污染保护。
20）参加施工的配管工、焊工必须穿戴符合规定的清洁劳动工作服、眼镜。手套必须是符合净化要求的塑胶一次性手套。
21）下班后应清理施工场地，工具、管材、配件堆放整齐。
4.5 焊接检查、记录及返修控制要点
1）检查
①焊接过程中施工员、质量员在场监督焊接工艺执行情况，并记录焊接的各类数据。
②焊接过程中检查应注意电流、电压的变化要控制在焊接工艺规程的范围内。
③焊接完成后应对焊缝表面进行外观检查，焊缝内表面采用内窥镜进行检查。不允许有裂纹、未熔合、内凹等缺陷。
④外观检查除不得有常规的焊接缺陷外，还可通过检查焊缝表面及热影响区的颜色来判断氩气的保护效果和表面是否被氧化。
焊缝表面及热影响区的颜色来判断氩气的保护效果
.png)
⑤焊缝上或热影响区不许有色带（由于温度过高或气体不纯净或不合适的工序造成）。有灰色的焊缝为不合格。
⑥焊后检验可根据使用介质不同和设计要求不同采用纯净水进行耐压性试验。耐压试验为1.5倍工作压力，保压30 min。，以无泄漏、无压降为合格。
2）记录
①对每个焊口进行编号，焊口编号的编制目的在便于对焊口进行记录、检查、验收，也便于对不合格的焊口进行返修及对焊口的焊接质量、数量进行统计。工程施工或完工后，也便于对发现的焊口问题进行查找和处理。
②在焊缝5-10mm范围，标记焊接编号。为了保证记号不会抹掉，所有焊接编号（焊接号）要用低压振荡笔刻写。
③每个焊口焊接完成经检验合格后，应在管道单线图上标注施焊焊工姓名或焊工钢印号。
④每一个焊接号都是唯一的（不许号码重复）。所有焊接位置需记录在计划文件中。
⑤每一件试样和正式焊口，施工人员必须逐一填写焊接记录卡（记录卡另附样）焊接电流电压、气体流量、管子材质、规格等必须填写清楚，并记下焊口编号，试样上记下焊接日期。
⑥每台焊接机必须拥有“焊接日常记录表”。所有的焊缝，包括测试焊缝、合格焊缝、不合格焊缝必须记录，所有的焊缝应包括下面的条目：
●焊缝号
●日期
●号码或参考工艺线
●焊接程序／工序
●管子或附件的材料和尺寸（直径）
●焊工证明／签名
●成批的管／或焊接附件号
●由检测员签写的合格／不合格签字
⑦焊缝记录由责任人保留直到安装完成后归档。
3）返修
①焊缝如果存在不能允许的缺陷，必须进行返修。
②焊缝返修焊前清理及焊接工艺、焊接检验应按原要求进行。
4.6 焊后处理
1）焊缝的外表面用钝化膏钝化，钝化后立即用清水洗净，防止残留的钝化膏腐蚀外表面，并用绸布擦干，明露于洁净区的焊缝还需抛光砂轮布抛光，直至使焊缝与母材表面色泽相同为止。
2）管道内的焊缝用去离子水及硝酸配制8％的酸液，在49℃-52℃温度下循环60min；纯化完成后，慢慢地加入碱，并不断检测溶液的PH值，直至达到排放标准PH值为6.8～7、最后排尽。
3）清洗用常温去离子冲洗，时间不少于5min，直到进出口去离子水的电阻率一致。
4）消毒用清洁蒸汽通入整个不锈钢管道系统，每个使用点至少冲洗15min。
5）记录好钝化、清洗、消毒过程中的相关参数。
根据设图纸和客户使用需求，核对系统设备能力和管道尺寸，并进行详细的二次设计和管段详细编号，包括焊口编号。核对管道走向和排水坡度。每天焊接时，先焊接试样，试样合格后记录焊接环境温度、湿度、焊机工作参数及焊接人员，并对试样进行存档。
5结语
316L薄壁不锈钢管普遍运用于化工、制药、食品饮料行业之中，对其焊接质量要求越来越高。通过对316L薄壁不锈钢管道全自动氩弧焊工艺评定试验和工艺研究，制订合理的施工工艺方案。加上参与项目建设各方的重视和努力，在安装工程中严格控制焊接工艺，使整个焊接质量达到较高水平对316L薄壁不锈钢管焊接工艺进行严格把关和改进，从外观上来看是没有任何气孔，凹陷，及咬边现象发生，成型美观，内部也没有任何裂纹出现，同时大大提高焊接质量。
按经评定的焊接工艺安装的黄酒装置运行正常。焊接接头符合设计要求，焊缝一次合格率达到99.5%。说明该焊接工艺是合理可行的。
只要采用合理的焊接工艺，严格控制施工中各个环节，316L管道全自动氩弧焊能够获得优质焊缝。采用全自动氩弧焊技术是降低劳动强度、提高劳动生产力、保证焊接质量的有效方法。
参考文献：
[]1GB50235-2011 工业金属管道工程施工及验收规范
[2]GB50236-2011 现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范
[3]GB50683-2011 现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范
[4]张春梅.浅谈不锈钢管道焊接施工的质量控制[J].价值工程，2010（01）
[5]丁海城，肖毅，邓俊.不锈钢（316L）小管的TIG焊接技术[J].中国科技信息，2012