中建三局第三建设工程有限责任公司 湖北武汉 430070
摘要：随着低温环境下管道施工的情况越来越多，研究寒冷低温条件下管道的焊接工艺是非常有必要的。详细分析了寒冷低温条件下室外管道焊接产生冷裂纹的各种因素，并从焊接方法的选择、层间温度的控制、焊接热输入、焊后保温等方面采取了质量控制措施，从而防止了焊接冷裂纹的产生，保证了低温环境下的焊接质量
关键词：寒冷低温、管道焊接、工艺
1.引言
我国新疆、甘肃、青海等西北地区，冬季的气温一般低于0℃，部分地区甚至低于-20℃，在这种低温冷态环境中，许多工程的施工难度大大增加，特别是各种管道的焊接作业，如果没有采取防护措施，会对管道焊口的焊接质量产生重大影响。如：低温焊接环境会使钢材发生脆化，也会使焊缝和母材热影响区的冷却速度加快，易于产生淬硬组织，脆性增大，这对于各类管道材料焊接危害性很大。因此，在进行管道焊接施工时，必须要有合理的焊接工艺及控制措施。本文参照乌鲁木齐某大型公建项目室外热力管网工程，分析低温条件下管道焊接的工艺流程、焊缝缺陷预防措施。
2 低温条件下管道焊接工艺流程
2.1 焊前清理
施焊前，焊材、坡口要清理干净，不能有铁锈、油污等物质，同时要避免焊材受潮，气体保护焊时保护气流量不能过小或过大。否则将会产生气孔，继而对焊接质量产生一定的影响。
2.2 预热除湿
因为在冬季时温度较低，管口的内部和外部都会出现结霜，使管道内壁及外壁上的水蒸气完全蒸发掉，因此必须严格按照工艺要求进行预热，冬季施工时应采取保温措施，而且必要时进行热处理或焊后加热。
2.3 组对
在低温环境下，严禁采用任何形式的强力组队，同时严禁任何形式的采用吊管机摔管及推管以及弹性敷设，避免引起较大的焊接应力集中。
2.4 管口预热
当环境温度低于焊接工艺规程规定的最低温度，或风速超过焊接工艺规程规定的最高风速，必须采用密封较好的防风保温棚、防风棚配备防爆灯，防爆灯可以保证棚内的温度，从而降低焊缝金属的结晶速度，为焊后缓冷打下良好的基础。同时减少对焊接质量的影响。预热过程中管口加热要均匀，温度采用数字显示的红外测温仪，根据管径测量圆周8个点或更多。预热后要清除表面污物，并距离管口25mm均匀测量管口温度。预热时不能破坏管道的防腐层，并在预热完成后立即进行根焊。
2.5 管道焊接
预热达到要求后应立即进行根焊，以达到管口温度不受到降低过快而错过最佳时机。根焊后还需要测温，当满足层间温度要求后方可对盖面进行填充。为了确保低温条件下的焊接的质量，每一道焊日最好采用连续焊接来完成，同时采取缓冷措施，避免出现应力而对焊缝金属造成不良影响，防止产生冷裂纹。因此每条焊缝应尽可能一次焊完，当中断焊接时，对冷裂纹敏感的焊件应及时采取后热、缓冷措施，重新施焊时，仍需按规定进行预热。
2.6 焊后工作
后热和保温也是防止冷裂纹产生的有效措施之一。低温环境下的管道焊接，应在焊接完成后立即对焊口进行后热并保温。后热温度一般为 200～350 ℃，保温时间不少于 2 h。当采用保温被进行保温时，保温被应采用耐高温、防火阻燃、耐老化、耐气候性的保温材料。另外，考虑延迟裂纹可能会出现，可在焊接时采用相对保守的焊接工艺降低裂纹产生的可能性。例如，通过焊接后的持续加热可以使焊缝中的氢及时扩散，因而使得产生裂纹的可能性大大降低。
3 焊缝常见质量缺陷及预防措施
3.1 裂纹
防止冷裂纹的办法：
（1）选用杂质少，可焊性好的钢材作焊接结构用钢。
（2）对于含碳量较高或合金元素较多，可焊性不太好的钢材，焊前可进行预热（250℃~400℃），焊后保温缓冷，以降低接头冷却速度，这是防止焊接冷裂纹的有效办法。
（3）选用抗裂性较好的碱性焊条。
（4）采用合理的焊接顺序，选择合适的焊接工艺参数，尽量减少焊接应力。
裂纹是最危险的一种焊接缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用过程中裂纹会逐步扩大，最后导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这样的缺陷，一经发现须立即铲去。否则严重影响焊接质量。
3.2 气孔
气孔是孔穴类缺陷中最常见的一种。焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于熔池内部金属冶金反映产生的气体（如C O）在熔池内冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，这就是气孔。气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低了接头强度。若有穿透性或连续性气孔存在，会严重影响焊件的密封性。
产生气孔的主要原因是：焊前工件坡口上的油、锈、氧化皮未清除干净；焊条受潮，药皮脱落或焊条烘干温度过高或过低，电弧过长等致使焊缝中熔入较多的气体。加之焊接电流过小或焊速过快，气体来不及逸出，从而产生气孔。另外，焊接电流过大，使药皮过热分解失去了保护作用或碱性焊条极性不对时，也易产生气孔。
3.3 防止气孔产生的措施：
（1）焊前仔细清理焊件坡口上的油、锈、氧化皮等，在采用碱性焊条时，这点尤为重要。
（2）焊条不能受潮。焊重要构件时焊前必须烘干。
（3）焊接电流焊接速度要适中，尽量采用短弧焊。还有一种孔穴类缺陷是弧坑缩孔，它是由于熔化金属在凝固过程中收缩而产生的，因而在熄弧时必须填满弧坑。
3.4 夹渣
焊后残留在焊缝中的熔渣称夹渣，是手工电弧焊中最常见的固体夹杂类缺陷。夹渣减少了焊缝工作截面，造成了应力集中，降低了焊缝强度和冲击韧度。造成夹渣的原因是：焊接工艺参数不当，如焊接电流过小，焊接速度过快，使焊缝金属冷却太快，夹渣物来不及浮出，运条不正确，使熔化金属和熔渣混淆不清；工件焊前清理不好，多层焊的前一层熔渣未清除干净等。
3.5 未熔合、未焊透
未熔合是指焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分。未焊透是指焊接时接头跟部未完全焊透的现象。未熔合未焊透均减弱了焊接工作截面造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。因此重要结构中的焊接接头不允许有未焊透存在。焊接时由于焊接电流太小、坡口角度太小、钝边太厚、间隙太小、条直径过大等原因均易造成跟部未焊透。如果焊件坡口表面没有很好的清除氧化膜、油污等赃物，或者在焊接时该处流入熔渣，妨碍了金属之间的熔合，或运条手法不当使电弧偏在坡口一边等都会造成边缘未熔合。多道焊时，每道焊缝焊后没有把熔渣清理干净、焊接程序不当得等可能造成层间未熔合。
4 结论
通过严格控制焊接工艺中的预热温度、层间温度、并对焊完的焊口进行后热和采用保温被保温等措施，能有效的避免低温环境焊缝缺陷，提高焊接质量。