空调水系统氩电联焊质量控制.docx

空调水系统氩电联焊质量控制上海金鹿建设（集团）有限公司 郭亮摘要：施工现场焊接与工厂焊接相比较，有许多特殊性，比如焊接过程易受风、雨、雪、气温、湿度等自然因素的影响；全位置焊接多等等，故焊接质量控制相对困难。笔者于2013年主持杭州数据港185-5工程项目期间，考虑到空调水系统焊接工程量大、工期紧凑、可利用作业空间狭窄、各专业（土建、强电、给排水、暖通、弱电等）交叉作业频繁等不利因素，把焊接质量列为质量管理的主要控制点，并取得了预期的效果。本文以空调水系统水平固定焊为例，浅论空调水系统氩电联焊焊接质量控制。关键词：氩弧焊、手工电弧焊 、焊接缺陷、质量控制引言：氩电联焊即氩弧焊打底，手工电弧焊完成填充层与盖面层。氩弧焊电弧燃烧稳定，热影响区小，焊接变形少，惰性气体能有效地对金属熔池进行保护，焊渣与飞溅极少，广泛应用于质量要求较高的管道打底焊接。水平固定焊属于全位置焊接，一般从仰焊位置起焊，经由仰焊、仰立焊、立焊、立平焊、平焊等各种位置完成两个半部。焊接过程中，随着焊接位置的变化，要求不停地变换角度，操作难度较大。杭州数据港185-5工程由上海数据港投资有限公司投资的数据中心，建筑面积31226平方米。空调水系统采用氩电联焊工艺，管材为Q235螺旋缝焊接钢管与20号无缝钢管，包括冷冻水、冷却水、冷凝水等各型管道。抽样比例不低于5%射线照相检验，焊缝质量等级不低于级。结合现场实际情况，在以下七个方面实施氩电联焊焊接质量控制。一、 建立焊接质量管理组织根据建筑工程施工质量验收统一标准GB50300的要求，施工现场项目部建立健全的质量管理体系、施工质量检验制度和综合施工质量水平评定考核制度，购置相应的施工技术标准。在该基础上，根据质量管理体系要求GB/T190012008及公司质量、环境与职业健康安全管理手册的要求，把氩电联焊列为关键工序。在已有质量管理体系基础上，增设焊接质量管理小组，项目经理任组长，为焊接质量第一责任人；焊接技术负责人为副组长；组员为焊接技术人员、焊接检查人员、无损检测人员等。二、 人员资格控制本工程焊接施工管理人员及作业人员资格要求如下：1. 焊接技术人员焊接技术人员均具有中专及以上专业学历与多年焊接作业管理经验。根据批准的焊接工艺评定报告，焊接技术人员编制焊接工艺规程与焊接技术措施，并对所有相关人员进行技术交底。为解决施工现场可能遇到的技术难题，在焊接技术人员中配备焊接技师，直接参与焊接质量管理。2. 焊接检查人员焊接检查人员同样具有中专及以上专业学历，并具备相当的焊接理论知识水平，焊接经验丰富，其职责是全面检查并控制焊接作业施工现场，负责确定焊缝检测部位，评定焊接质量，签发检查文件。3. 无损检测人员无损检测人员已接受国家相关部门专业培训，并考试合格，均持证上岗。根据焊接检查人员确定的受检部位，焊缝质量检验由无损检测人员完成，并签发检测报告。4. 焊接作业人员本单位焊接技能评定委员会负责对焊工进行焊接技能评定，包括基本知识考试与和操作技能评定，并签发合格证。本项目焊工必须按规定的焊接工艺规程及焊接技术措施进行施焊，针对施工中出现的质量问题，不定期接受技能培训。一次射线检测合格率未能达到90%的焊工，必须重新进行培训、考试。三、 原材料质量控制本工程空调水系统采用氩电联焊工艺，即氩弧焊打底，手工电弧焊填充与盖面。母材为Q235螺旋缝焊接钢管（273*7至426*9不等）与20号无缝钢管（108*4至28*3不等）；焊条选用E4303（即J422酸性焊条）；焊丝牌号H08A。1. 焊条与焊丝适用标准碳钢焊条GB/T5117、气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GB/T8110：焊条与焊丝现场验收，检查质量证明书是否完整，检查外包装是否完整、是否受潮，抽样拆包检查焊条外观质量，焊丝表面应光滑、整洁。焊材经监理工程师认可，形成记录并随机抽样送相关单位复验。根据焊接材料质量管理规程JB 3223-83要求，仓库管理人员进行必要的基本知识学习，内容为：焊接材料入库验收、保管、烘干、发放、回收。E4303焊条在使用前在75150下烘干12小时，放入100150保温筒内，供焊工随取随用。焊丝使用前应按规定进行除油、除锈及清洗处理。2. 氩气焊接用氩气的纯度不小于99.5%，适用标准：氩GB/T4842。3. 氧气与乙炔（切割用）焊接用氧气纯度不低于99.5%；乙炔气的纯度为98%，适用标准：溶解乙炔GB6819。4. 母材由于本工程所用母材为优质碳素钢，其焊接性能良好。现场验收时，除了例行检查其外观、品种、规格、质量合格证明书等外，重点检查、测量管材的圆度与直线度，以控制组对错边量。管材分规格堆放，试验状态标识实行挂牌制度；在入库、水平运搬与起重吊装过程中，均采取措施防止管材损坏与腐蚀。四、 施工机具控制1. 氩弧焊机选用ZX7-400型手工钨极氩弧焊机，该机型采用IGBT功率模块、微晶态合金磁芯和快恢复功率二极管等作为功率变换及传递的关键器件，电源的动态品质与电弧的动特性良好，有利于焊接质量的提高。2. 水冷式焊炬配备Q7型水冷式焊炬，考虑到综合成本，喷嘴材料选用高温陶瓷；钨极在在密封式砂轮上磨削成锥形，端部角度根据焊接电流大小适当调整。3. 手工电弧焊机由于交流电弧稳定性差，焊接质量不够高，特意购置了多台全数字控制智能逆变整流手工弧焊电源。其最特点是焊接电弧极其稳定、有良好的引弧性能、优异的焊接工艺适应性与自动防粘连功能，可提高焊缝的一次合格率。4. 焊钳与接地夹钳购置新型结构的焊钳，其工作可靠，重量轻，长时间连续焊接后温升低；使用焊接电缆接头与快速连接器，以减小接触电阻，以改善焊接输出；在实际施工中，焊接地线夹钳往往被忽视而导致焊接电弧失稳，螺栓夹钳适用于大焊接电流。五、 质量通病预控根据设计文件与技术标准的要求，在焊缝内部缺陷中，裂纹与未熔合是不允许的；而水平管固定焊的难点是仰焊相背接头、盖面层观感质量控制。本着质量管理“预防为主”的原则，焊接技术人员编制了质量预控方案，主要针对以下四点：1. 裂纹裂纹属危险性最大的内部缺陷，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂等等。Q235钢与20号钢最常出现的是热裂纹，主要表现为纵向裂纹与弧坑裂纹，产生的原因是冶金因素与应力效果。裂纹的防治措施如下：a) 尽量控制母材与焊条中S、P、C等有害杂质的含量；b) 适当降低焊接电流与焊接速度，增大熔池的宽/深比；c) 对厚壁接头，可考虑适当预热；d) 如有必要，在个别位置考虑使用碱性焊条。2. 未熔合未熔合不仅减少了焊缝的有效厚度，而且边缘处容易产生应力集中，有可能向处扩展成裂缝，导致整个焊缝的开裂。按其形成部位可分为侧壁未熔合、层间未熔合与焊缝根部未熔合。产生的原因主要是焊接电流太低、焊接速度过快、操作不当、电弧磁偏吹、坡口边缘锈蚀等。未熔合的防治措施如下：a) 提高焊接热输入；b) 调整焊丝或焊条位置与倾角，使熔渣始终流向熔池的后侧；c) 因采用直流电源焊接，采取措施消除磁偏吹；d) 清理坡口侧壁及接缝表面。3. 仰焊相背接头细部处理在该焊接位置，熔池金属依靠表面张力与电弧吹力吸附在母材表面上，焊接熔池控制难度相对较大。如果焊接热输入偏大，特别容易出现下垂与焊瘤；焊接输入偏小，又易产生未熔合与未焊透。前半部与后半部的相背接头尤其应注意操作手法。拟采取的措施为：a) 选用直径较小的焊丝或焊条；b) 适当降低焊接电流；c) 采用适当的运条操作；d) 保持合适的倾角。4. 焊接变形控制根据经验采用反变形法、调节工艺参数控制焊接热输入、大口径管材对接可实施对称施焊等均可以达到控制焊接变形的效果。六、 施工工艺过程控制1. 焊接工艺评定本单位焊接技师根据拟定的焊接工艺预规程，负责施焊试件，并委托有相应资质的检测试验单位进行检测试验；焊接技术人员在过程中做好记录，并提交焊接工艺评定报告；该报告由焊接技术负责人审批。2. 焊接作业指导书焊接作业指导书与焊接技术措施由焊接技术人员编制，由焊接技术负责人向施工班组进行技术交底。焊接电流是确定熔深的主要因素，电流太大易出现咬边、焊瘤、气孔或者严重的飞溅；电流太小易出现未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。在焊条与母材一定时，电弧电压主要取决于电弧长度。电弧过长时燃烧会变得不稳定，所得到的焊缝质量也较差，电弧过短，则操作相对困难。当焊条直径、焊接电流和电压为定值时，熔深、熔宽及余高随着焊接速度的增加而减小。如果焊接速度过快，容易使气体保护作用受到破坏，焊缝冷却的速度太快，焊缝成形不好；焊接速度太慢，焊缝的宽度显著增大，熔池的热量过分集中，容易产生焊瘤。以Q235螺旋缝焊接钢管325*8水平固定焊为例，打底氩弧焊采用直流正接法，工艺参数如下表：操作项目焊接方法焊接电流/A钨极直径/mm喷嘴直径/mm氩气流量/(L/min)钨极伸出长度/mm焊丝直径/mm定位焊氩弧焊1301602.0810810462.5打底焊氩弧焊1301602.0810810462.5填充层与盖面层使用手工电弧焊，采用直流反接法，工艺参数如下表：操作项目焊接方法焊接电流/A电弧电压/V焊接速度cm/min填充层手工电弧焊100125222578盖面层手工电弧焊1051302225783. 坡口与组对当管壁厚度大于等于8mm时，在接头端部加工坡口，因只进行单面焊接，故选用Y型坡口。采用气割工艺加工，操作时注意尽量减少坡口加工面的沟槽；将凹凸不平处打磨平整，除去坡口及内外侧的氧化皮、熔渣、毛刺及污垢。组对时对口间隙控制在2.5mm3.5mm,严格控制无间隙或在坡口内加填塞物焊接；内壁错边量控制：管材壁厚小于等于5mm时，内壁错边量不大于0.5mm；管材壁厚大于5mm时，内壁错边量不超过壁厚的10%，并不大于2mm。4. 定位焊定位焊均布四点，应注意避开“时钟6点”位置，长度2535mm。定位焊作为正式焊缝的一部分，其工艺要求与打底焊相同。完成将两端修磨成缓坡形，使接头连续可靠。5. 打底焊在超过“时钟7点”位置处引弧，引燃后先不加焊丝，焊枪对准对口间隙中心预热上下坡口，待上下坡口开始熔化时填充焊丝。焊枪与管材外圆切线的夹角为70 80，焊丝与管材外圆切线夹角为10 15。焊丝作锯齿形运条，在熔池前边缘有规律地送进取出，保证焊缝单面焊双面成形。6. 填充层焊接操作要点填充层使用手工电弧焊。为了控制焊接变形，可组织两名焊工在两侧同时施焊。在彻底清除底层焊道表面飞溅与焊渣后，超过“时钟6点钟”方向约1015mm，焊条直击法在仰焊缝坡口边缘引弧，移至焊缝中间用长弧烤热起焊处23秒，迅速压短电弧建立第一个熔池。铁水要薄，熔池应浅，然后用锯齿形或月牙形摆动手法施焊，焊条摆动至两侧坡口时稍作停留，当运条至仰焊爬坡处时适当加快速度，可运用顶弧焊接。焊后半部之前，用磨光机把仰焊、平焊处接头位置修磨成缓坡形，以保证仰焊相背接头与平焊相向接头的施焊质量。填充层高度约比母材低1mm左右。7. 盖面层焊接操作要点盖面层焊接焊接电流可稍大，操作手法与填充层手法基本相同，熔池始终保持椭圆形，大小要一致。应特别注意焊缝余高及宽度的控制，摆动至坡口两侧时要有稳弧动作，并有往下挤压的动作，以将坡口两侧夹角中的杂质熔化并随熔渣一起浮起，避免夹渣，焊接结束时可用反复断弧法填满弧坑。8. 焊接检查焊缝的外部缺陷位于焊缝外表面，用肉眼与低倍放大镜观察，例如，焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑缩孔、表面气孔、表面裂纹等；焊缝的内部缺陷位于焊缝内部，可以用破坏性试验与无损检验的方法来发现，如未焊透、未熔合、内部气孔、夹渣、裂纹等。焊接检查人员对焊接现场进行全面的检查与控制，包括现场湿度、风速、坡口及组对质量、焊接电流的选用、焊接速度控制等等。焊接完成之后，焊接检查人员对焊缝的外观质量进行检查，并确定焊缝无损检测位置。9. 无损检测、压力试验与渗透试验依据设计文件的规定，本工程空调水系统管道对接焊缝质量不得低于级，抽样比例不低于5%进行射线照相检验，即“级焊缝内不允许存在裂纹、未熔合及未焊透”。本工程共计抽取217道焊缝（其中包含水平固定管105道）进行射线照相检测，其中级焊缝一次性合格率为99%，有95%达到了级焊缝标准。从1.5倍工作压力水压试验与管道渗透试验的结果来看，焊缝的质量控制是成功的。七、 环境控制影响焊接质量的环境因素有工程技术环境、工程管理环境和作业劳动环境等。良好的软环境对焊接质量控制的裨益是不言而喻的；虽然其中部分作业环境条件不是施工现场项目部所能左右的，但是作为一个有经验的承包商，进行预判并且积极规避、缓解不利因素对焊接质量的影响仍然是可能的。1. 工程技术环境项目部组织各专业技术人员判读图纸，对比以往的施工经验，积极与设计方沟通。在充分理解设计方的意图后提出疑问与建议，其中一个侧重点即注重可施工性。焊接技术人员对相关人员进行全面的技术交底，对可能出现的焊接质量通病进行预判。针对施工中出现的问题，焊接技术人员定期进行质量讲评，并对焊接作业人员进行不定期的技能培训。根据以往施工经验，有的工人往往采用灭弧焊盖面，由于灭弧焊单位时间内输入能量较连弧焊低，熔池冷却速度快，部分焊渣来不及析出，易造成焊缝夹渣，故本工程要求采用连弧法。施工现场电压波动较大，易对焊接质量产生不良影响。故架设焊接专用线路，以保证供电质量。2. 工程管理环境根据项目安装工程前松后紧的施工特点，关注劳动力调度，尽量避免施工进度对焊接质量的不利影响：虽然有时工程量变更是不可避免的，但是由于焊接作业的特殊性，焊工的劳动生产率往往是恒定的。通过调整劳动力数量来满足施工进度的要求；严格控制作业人员加班时间；严格控制焊接速度，以保证焊缝质量。走道的上方往往是风管、桥架、母线槽、水管与电线管的共同通道，项目部协调各专业进行合理排布，并尽可能给予焊接操作空间；同样的思路也体现在综合支架的制作与排布上。焊接质量管理小组在过程控制中，不仅要项目部技术负责人、质量员齐心协力，更要积极争取公司职能部在技术、质量及管理层面上的支持，在加强自控的同时，欢迎监理方采用旁站、巡视等方式进行质量监控。如果能给建设单位留下过硬的质量印象，对项目的顺利实施及公司的形象提升将十分有利。3. 作业劳动环境185-5焊接作业施工期间，时值盛夏，项目部反复判读进度网络图后，及时调整“关键工作”尽可能避开高温时段,而自由时差较大的“非关键工作”则安排在晚上进行；同时在东西两侧架设轴流风机，适当加强通风（氩弧焊风速不得大于2米/秒；手工