钢质燃气管道焊接施工培训.docx
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钢质燃气管道焊接施工培训
钢质燃气管道焊接施工质量控制要点与技术
焊接技术自十九世纪末期应用于工业生产以来，已经有100多年的历史，由于焊接技术与铆接、法兰连接相比有较多的优点，如设备工艺简单、工人劳动强度较小、密封性能好、生产效率高等。
因此，被广泛应用于石油、化工、造船、航空航天、机械制造、建筑工程及日常生活的各个领域，成为国民经济发展的一项不可缺少的技术。
100多年来，随着科学技术的进步，焊接技术也有了较大的发展与进步，涌现出许多新的焊接工艺及焊接材料，对提高焊接质量与生产效率起到了很大的促进作用。
焊接工艺主要分为三大类：
一是熔化焊接，主要是通过对被连接的两焊件局部加热、熔化，冷却后结晶形成一体的焊接方法；二是固相焊接，主要是通过加压或摩擦等物理作用，使两焊件表面分子间的距离接近晶格距离，从而在固态下实现连接的焊接方法；三是钎焊，是利用某些低熔点金属熔化后在两被连接件表面形成媒介，结晶后使两被连接件牢固结合的方法。
钢质燃气管道的焊接主要是采用熔化焊接，由于钢质燃气管道使用的材质不同，各类管道的设计压力也不同，因此，对焊缝的质量要求及采用的焊接工艺、焊接材料也就各不相同。
为了使焊接质量符合设计及规范的要求，确保燃气管道的安全运行，监理单位及监理人员应了解、掌握相关焊接方面的知识，抓好影响焊接质量的各环节的控制工作。
这一工作是一项技术含量较高、涉及面较广、贯穿整个施工过程的系统工作，只有把这方面工作牢牢抓好，才有可能实现焊接质量的合格，进而确保整个工程的合格。
为了适应监理人员对钢质燃气管道焊接施工质量进行有效的控制，现特根据钢质燃气管道焊接的施工特点及监理程序，对焊接施工中各环节的控制方法与手段以及使用这些方法的同时应掌握的相关专业知识作一简单介绍，以期对同行们今后的工作有所帮助。
由于时间紧，准备仓促，加之本人水平限制，其中错误和缺点在所难免，请各位同行指正。
江苏天达监理公司
张福朝
2008年9月
钢质燃气管道焊接施工监理控制流程
监理检查项目
内容
手段及方法
事
前
控
制
审核设计图纸
审核主材材质、焊接方法、焊接材料的规格型号、坡口的型式、无损检测方法与比例等。
按相关标准审核，设计交底时提出。
审核焊接工艺评定
审核焊接工艺评定的正确性、合理性与覆盖范围
按焊接工艺评定的要求审核
审核焊接人员资质
审核焊工合格证原件（复印件留存），其各项指标是否适合本工程要求
按焊工考试规则的要求审核
审核无损检测人员资质
审核其资质级别与持证项目是否符合本工程要求及相关规定
审核无损检测人员合格证
查验焊接设备
查验焊接设备是否完好，数量及性能是否满足本工程需要（主要查焊接设备、焊条烘箱、保温筒及预热缓冷设备）
现场查验
检查安全措施情况
查验用电设备的接地、接零情况；开关箱、配电箱有无触电保安器；电缆、插座是否符合要求等。
实物检查
焊工岗前考试
与业主方一道对经资质审查合格的焊工按与本工程实际工况一致的焊接方法，进行实际考试，合格后同意上岗
按焊工考试规则进行焊接与无损检测
事
中
控
制
审查焊接工艺规程
（焊接工艺卡）
是否与焊接工艺评定一致，是否符合本工程焊接的实际状况
审查、现场张贴
检查焊工及设备到位情况
焊工按考试合格人员名单到位，设备、工具、仪器适应工程需要
现场检查
审查进场主材及焊接材料
核查其规格、型号、材质及几何尺寸，符合设计要求
查验质保书及实物
检查现场安全情况
查验用电设备的接地、接零情况；开关箱、配电箱有无触电保安器；电缆、插座是否符合要求等。
现场查验
管道组对质量检查
检查坡口角度、钝边、间隙、除锈及错边量等
现场检查
焊接工艺参数检查
检查实际焊接电流、电压、层数、层间温度控制及焊前预热和焊后缓冷等
现场检查
焊缝外观质量检查
检查焊缝的余高、焊缝宽度、咬边、表面气孔、表面凹陷、飞溅及其它表面缺陷，并检查焊口编号
现场检查并记录
管道无损检测
签署委托单、核实检测方法、比例及合格级别
按设计与规范要求
焊缝返修
查返修工艺、焊材、人员资质及缺陷消除情况，并按要求进行外观检查与探伤
检查、确认
事
后
控
制
抽查无损探伤质量
是否按监理指定的焊口拍片、抽查拍片质量，防止检测单位错评、误评
抽查、核实
审核无损检测报告
审核报告的正确性及有效性，探伤方法及比例是否符合要求，有否漏探
核查、计算
焊接专业监理小结
编写焊接专业监理工作小结，包括质量情况（含焊缝质量一次探伤合格率与最终合格率）、进度情况及安全状况
书面小结
一、钢质燃气管道特点：
1、输送介质：
天然气、液化气、人工煤气等，易燃易爆、有毒有害；
2、设计压力较高，一般为0.4—4.0Mpa；长输管道达6.3Mpa或更高。
3、管道材质多样：
中低压管道一般使用强度等级较低的钢材，如Q215、Q235A、Q235B、L245、20#钢等；高压管道一般使用强度级别较高的钢材，如Q345、L290、L320、L360、L415、L450或更高，有些特殊要求的地方还要求使用不锈钢及其它材料。
4、焊接工艺要求多样：
中低压管道一般采用氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面的焊接工艺；高压管道焊接除少数设计要求用上述工艺外，一般都要求采用手工下向焊或手工焊打底，半自动焊填充盖面的下向焊焊接工艺，对焊条的要求也较高，有些材料要求采取焊前预热及焊后缓冷等工艺措施，这方面内容后面再具体讲述。
5、管道组对要求严格：
主要对坡口的加工、除锈、对口间隙、错边量、直线度及相邻纵缝的间距等都有严格的要求。
二、工程开工前焊接控制要点及技术：
1、熟悉设计图纸，了解设计对该工程主体材质、焊接方法、坡口型式、焊接材料、焊接工艺要求及无损检测的方法、比例与合格级别的要求等。
1.1、钢质燃气管道常用材料简介：
钢质燃气管道主要采用含碳量小于0.25%的低碳钢或低合金钢，中低压管道一般采用强度等级较低的低碳钢，高压燃气管道一般选用强度等级较高的低合金钢，这里介绍低碳钢和低合金钢的主要机械性能的代号的表示方法。
1.1.1、钢材的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性等，由于燃气管道为承压件，对强度的要求尤其重要，因此，我们这里将钢材的机械强度性能简要介绍一下。
钢材的强度主要是通过抗拉强度试验来获得的，其试验按规范要求制作试件，在拉伸试验机上进行拉伸试验时获取数值，通过计算而获得。
钢材的强度主要包括抗拉强度和屈服强度，而这两项指标是设计选材的主要指标之一。
抗拉强度的代号为бb，屈服强度代号为бs，具体试验曲线见图一。
P
Pb
Ps
L
图一：
钢材拉伸曲线图
图中：
A.屈服点бs和屈服强度б0.2:
屈服点бs—当拉力不断增加试样开始出现塑性变形时，说明钢试样达到屈服状态，将此恒定拉力（或最小拉力）Ps除以原试样截面积Fo得到的数值叫屈服点бs，计算公式为：
бs=Ps/Fo（Mpa---N/㎜²）。
屈服强度б0.2:
有的钢材没有明显的屈服点，为测定钢的屈服情况，在试样拉伸过程中标距的残余伸长达到原始标距长度的0.2%时，此时，相应的拉力P0.2除以截面积Fo得到的值，称为屈服强度б0.2。
即：
б0.2=P0.2/Fo（Mpa---N/㎜²）。
屈服点（屈服强度）的大小主要决定于钢的化学成分、热处理状态、钢材规格、冶炼、轧制等因素。
B.抗拉强度бb：
将试样在拉断前所承受的最大拉力Pb除以试样的原截面积Fo得到的值，称为抗拉强度бb，即：
бb=Pb/Fo（Mpa---N/㎜²）。
根据应力的定义，抗拉强度也可以称为钢材能承受最大拉伸载荷时的应力。
屈服点和抗拉强度都是选材和设计的主要指标，并且通常要求两者的比值
бs/бb（屈强比）控制在一定的范围内，如Q235A的屈强比为0.58-0.63；普通低合金钢的屈强比一般为0.65-0.75。
钢材的屈服强度和抗拉强度可以通过相应的表格查找，这里，我们列举了部分燃气管道常用钢材主要化学成分及屈服强度和抗拉强度数值，以利于工作时查找方便。
压力容器与压力管道的设计壁厚与钢材的屈服强度或许用应力有直接的关系。
如
压力容器的壁厚计算公式为：
S=（P×D）/（2〔бt〕×φ-P）.其中〔бt〕为工作温度下的材料许用应力；
压力管道的壁厚计算公式为：
S=（P×d）/（2бs×φ×F）其中F为设计系数，一般取0.3-0.5.
表1常用钢材化学成份和机械性能对照表
标准
钢号
化学成份（%）（max）
物理性能（min）
C
Mn
P
S
抗拉强度
屈服强度
SY5297
S205
0.17
0.30~0.90
0.040
0.035
330Mpa
205Mpa
S240
0.17
0.45~1.15
0.040
0.035
415Mpa
240Mpa
S290
0.22
0.65~1.25
0.040
0.035
415Mpa
290Mpa
S315
0.22
0.75~1.35
0.040
0.035
435Mpa
315Mpa
S360
0.2
0.75~1.35
0.040
0.035
455Mpa
360Mpa
S385
0.20
0.75~1.35
0.040
0.035
490Mpa
385Mpa
S415
0.20
0.75~1.35
0.040
0.035
515Mpa
415Mpa
S450
0.20
0.80~1.40
0.040
0.035
530Mpa
450Mpa
S480
0.20
1.00~1.60
0.040
0.035
565Mpa
480Mpa
GB/T9711.1
L210
0.21
0.90
0.030
0.030
335Mpa
210Mpa
L245
0.26
1.15
0.030
0.030
415Mpa
245Mpa
L290
0.28
1.25
0.030
0.030
415Mpa
290Mpa
L320
0.30
1.25
0.030
0.030
435Mpa
320Mpa
L360
0.30
1.25
0.030
0.030
460Mpa
360Mpa
L390
0.26
1.35
0.030
0.030
490Mpa
390Mpa
L415
0.26
1.35
0.030
0.030
520Mpa
415Mpa
L450
0.26
1.40
0.030
0.030
535Mpa
450Mpa
L485
0.23
1.60
0.030
0.030
570Mpa
485Mpa
L555
0.18
1.80
0.030
0.030
625~825
555Mpa
低碳钢
Q195
0.06-0.12
0.25-0.50
0.045
0.05
315-390
185-195
Q215
0.09-0.15
0.25-0.55
0.045
0.05
335-410
215Mpa
Q235
0.14-0.22
0.30-0.65
0.045
0.05
375-460
235Mpa
10
0.07-0.14
0.35-0.65
0.035
0.04
340Mpa
210Mpa
20
0.17-0.24
0.35-0.65
0.035
0.035
420Mpa
250Mpa
低合金钢
Q295
（09MnV、）
0.16
0.80-1.50
0.045
0.045
390-570
295Mpa
Q345
（16Mn）
0.20
1.00-1.60
0.035
0.035
510-660
345Mpa
Q390
（15MnV）
0.20
1.00-1.60
0.025
-0.045
0.025
-0.045
530-680
390Mpa
Q420
（15MnVN）
0.20
1.00-1.70
0.025
-0.035
0.025
-0.045
550-700
420Mpa
Q460
0.20
1.00-1.70
0.035
0.035
570-720
460Mpa
奥氏体
不锈钢
钢号
C
Cr
Ni
Ti
Mn
P
S
抗拉强度
屈服强度
1Cr18Ni9
0.15
17-19
8-10
2
0.03
0.03
520
205
1Cr18Ni9Ti
0.12
17-19
8-11
0.8
2
540
205
1Cr18Ni12Mo2Ti
0.12
16-19
14
0.8
2
530
205
0Cr25Ni20
0.08
24-26
22
-
2
520
205
1.1.2、各类钢号中所用符号及数字的含义：
A、碳素结构钢：
其牌号有代表屈服强度的字母“Q”表示，后面的数字表示该牌号钢材的最低屈服强度值，再后面的符号表示质量等级与脱氧方式。
如牌号Q235-D表示：
Q—屈服强度代号；
235—最低屈服强度值为235Mpa；
D--表示质量等级为D级（D级质量钢为镇静钢，故镇静钢符号省略）。
SY5297及GB/T9711.1标准中的数字表示意义与此相同。
B、优质碳素结构钢：
以钢中含碳量的万分之几平均数来表示，如：
10钢—表示钢的平均含碳量为万分之十，即0.10%；
20钢--表示钢的平均含碳量为万分之二十，即0.20%；
按冶金质量将优质碳素结构钢分为优质钢、高级优质钢（A）和特级优质钢（E）。
C、合金结构钢：
以平均含碳量的万分之几标出阿拉伯数字；其合金元素含量的平均数少于1.5%时，仅标出元素符号，一般不标出含量；当其含量达1.50-2.49%、2.50-3.49%、……、22.50-23.49%时，则在元素符号后面相应标出2、3、……、23等数值。
如：
25Cr2Ni4WA：
表示平均含碳量为0.25%，铬的含量大于1.5%，镍的含量为4%左右，钨的含量小于1.5%，A表示为高级优质钢。
D、不锈钢：
牌号前面的数字表示含碳量的代号，即当含碳量≤0.15%时，用“1”表示，有时也可不标；当含碳量≤0.08%时，用“0”表示，即低碳不锈钢；当含碳量≤0.03%时，用“00”表示，即超低碳不锈钢。
其它化学元素的表示方法与合金结构钢的表示方法相似。
1.1.3、钢的可焊性：
钢材的可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，获得优良焊接接头的能力。
评定可焊性有两个方面：
A、工艺可焊性—主要指焊接接头出现各种裂纹的可能性，亦称抗裂性。
B、使用可焊性--主要指焊接接头在使用中的可靠性和其他特殊性能（如耐热、耐蚀、耐低温、抗疲劳、抗时效等）。
评价钢材可焊性常用的方法是碳当量估算法，即是将钢中各种合金元素对钢材焊接性能的影响程度，粗略地折算成碳的影响来评价焊接时产生裂纹倾向及脆化倾向的一种估算方法。
对低碳钢及低合金钢，国际焊接学会推荐碳当量计算公式如下：
CE=C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5+Ni/15+Cu/15.
当CE<0.4%时，可焊性优良，焊接时不必预热；
当CE=0.4-0.6%时，可焊性尚好，但需要适当预热；
当CE>0.6%时，可焊性差。
1.2、了解设计规定的焊接方法、坡口型式及焊材的规格、型号：
一般较正规的设计单位，在燃气管道安装设计图中，对管道焊接的方法、坡口型式及焊材的规格、型号等都在设计说明中给予了明确的规定，作为监理人员要充分了解、吃透设计方的规定和要求，一方面有利于监督检查施工单位在施工中是否按设计要求进行了施工，另一方面，有利于及时发现设计方面的错误，以便在图纸会审时向设计方提出，避免施工时发生偏差。
为此，现将燃气管道安装工程中常用的焊接方法、坡口型式及焊材的规格、型号作简要介绍，以供大家在工作中参考：
1.2.1、常用焊接方法：
A.手工电弧焊：
a、原理：
手弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，即是利用焊条与焊件间的电弧热，将焊条和焊件熔化，从而形成接头的焊接方法。
焊接过程中，焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气、渣的联合保护下，有效的排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应、还原与净化金属得到优质的焊缝。
b、特点：
*设备简单，使用灵活、方便。
*适应性强，适用于室内外平、立、横、仰各种位置的焊接。
*生产效率低。
*焊工劳动强度大。
*对焊工的操作技能要求高，焊缝质量在很大程度上取决于焊工的操作水平。
手弧焊在燃气管道安装施工中应用十分广泛，一般可以焊接低碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢、不锈钢等各种材料。
c、主要工艺参数：
手弧焊的焊接工艺参数，主要是指焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数、电源种类和极性等。
（对质量影响略）
B.钨极氩弧焊：
a、原理：
是用钨作电极，氩气作保护气体和电弧介质，通过钨极与工件间的电弧热，熔化母材和焊丝的焊接方法。
b、特点：
*引弧比较困难，特别是冷态引弧或交流电焊接时重复引弧困难。
*适用于非铁金属极其合金的焊接。
*可见度好，可全位置焊接，焊缝表面光滑。
*电流密度小，生产效率较低。
*操作方便，设备及控制装置简单，价格便宜。
c、主要工艺参数：
钨极方面有：
钨极成分、直径、端部形状等；气体和电弧方面有：
氩气纯度、流量、喷嘴孔径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、接头型式等。
C.药芯焊丝半自动焊（机械化焊）：
a、原理：
焊丝通过送丝轮送进，导电嘴导电，母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，以焊芯中的焊剂形成的气体保护电弧和熔池进行焊接，焊丝既是电极又被不断熔化填入熔池，冷却结晶后形成焊缝。
b、特点：
*由于不需要更换焊条，减少焊缝接头，焊缝表面成形美观。
*电流密度大，热量集中，熔敷率高，因此焊接生产效率高。
*弧光强烈，烟气大，要加强劳动防护。
1.2.2、主要接头型式及坡口：
A、对接接头：
在同一个平面上两板件相对端面焊接而形成的接头。
这种接头受力状况好，应力集中小，能承受较大的静载荷或动载荷，是压力容器和压力管道应用最多的接头形式。
对接接头坡口型式为I型、V型、Y型和U型。
B、角接接头：
是由两块板件端面构成的直角形式的接头。
其主要坡口形式为I型、单边Y型、Y型和双单边Y型等。
C、T型接头：
是指一板件与另一板件相交构成直角或近似直角，以角焊缝或组合焊缝连接的接头形式。
主要坡口形式为I型、单双边V型等。
D、搭接接头：
是指两板件部分重叠在一起进行焊接所形成的焊缝。
主要坡口形式为I型坡口和塞焊坡口。
1.2.3、焊接材料及选用：
焊接材料是发展焊接技术的一个重要方面，在实际施工中，焊接材料选用的合适与否，直接关系到焊缝质量的好坏，甚至关系到焊件的安全使用，因此，我们在实际工作中要认真核查焊接材料的选用是否合适，以保证焊接质量的合格，进而确保焊缝的安全运行。
这里我们主要介绍焊条方面的有关知识。
A、焊条的组成：
电焊条是手工电弧焊使用的焊接材料。
焊条由焊芯和压涂在焊芯表面的药皮组成，不同的焊芯与不同的药皮组成不同型号的焊条，以适应不同用途的需要。
a、焊芯：
在高温下熔化，与焊件母材熔合形成焊缝。
焊芯成分对焊缝质量有很大的影响，其原料钢丝一般用平炉冶炼的优质钢轧制而成。
焊芯的牌号用“H”表示，后面的数字表示含碳量，其它合金元素的表示方法与钢的表示方法大致相同。
例如：
H08：
表示含碳量约为0.08%的钢芯；
H10Mn2：
表示含碳量约为0.10%、含锰量约为2%的合金钢芯。
H0Cr21Ni10：
表示含碳量≤0.08%、含铬量约为21%、含镍量约为10%的不锈钢芯。
b、药皮：
①药皮的作用：
*稳弧；*造气保护；*造渣保护；*脱氧、去硫、去磷；*渗合金；
*套筒保护作用。
②组成：
主要由矿物、铁合金、有机物、水玻璃等四类物质组成。
根据原材料的特点可以分为稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀释剂和粘结剂等（P.36）。
③类型及特点：
*钛铁矿型：
药皮含钛铁矿30%以上，电弧强、熔深大，渣流动性好脱渣容易可用于交直流全位置焊。
此类焊条如：
E4301（J423）、E5001（J503）等。
*钛钙型：
药皮含氧化钛30%以上，还有20%以下的碳酸钙、碳酸镁。
渣流动性好，易脱渣，电弧稳，熔深适中成形美观，可交直流全位置焊。
如E4303（J422）/E5003（J502）等。
*铁粉钛钙型：
药皮类型与钛钙型相似，因增加了铁粉，熔敷率高。
如E4323（J422Fe）.
*高纤维素钾（钠）型：
药皮中加入约30%的纤维素，或再加入少许钙钾化物。
主要靠造气保护，渣很少。
使用时限用大电流，可全位置焊，也可打底焊。
如E4310（J425）、E5010、E5011（J505）等。
*高钛型：
药皮中加入氧化钛30%和少量硅酸盐，电弧稳定，易引弧，熔深浅，成形好，适用于间断焊及薄板。
如E4312、E4313（J421）。
*铁粉钛型：
在高钛型基础上加入铁粉，熔敷效率高，可用交直流全位置焊，适合角焊缝。
如E5014（J502Fe）、E4324（J421Fe）、E5024（J501）等。
*氧化铁型：
药皮中含有大量氧化铁和较多锰铁，熔深大，融化速度快，脱渣性好，但飞溅大，适于高速单道焊，不适于薄板焊。
如E4320（J424）.
*铁粉氧化铁型：
在氧化铁型的基础上加入大量铁粉，熔敷效率高，电弧吹力大，可适用大电流。
如E4327（J424Fe）、E5027（J504Fe）等。
*低氢钠型：
主要组成物碳酸盐和莹石，熔渣的碱度高，机械性能好，抗裂性好，但工艺性能稍差，焊条要加强烘干，宜用短弧焊，可用直流反接全位置焊。
如E4315（J427）、E5015（J507）.
*低氢钾型：
在低氢钠型的基础上加入稳弧剂，稳定电弧，改善工艺性能，可用交、直流电源，但冲击性能比低氢钠型药皮稍有降低。
如E4316（J426）、E5016（J506）.
④焊条的酸碱性：
如焊条药皮中的氧化物多为酸性氧化物，其熔渣的化学性质呈酸性，此类焊条称为酸性焊条。
反之，药皮中含大量碱性氧化物，同时还含有氟化钙的焊条为碱性焊条。
酸性焊条药皮中主要有TiO2、MnO2、FeO、SiO2等氧化物，氧化性强，元素烧损大，含氧、氮高，故机械性能差；酸性渣脱硫能力差，所以抗裂性差。
优点是其工艺性好，对油、锈、水不敏感，抗气孔能力强，可用交直流电源。
碱性焊条药皮中主要有CaCo3、CaF2、SiO2、MgCO3及大量铁合金，故脱氧、脱硫、磷能力强，机械性能和抗裂性均较好；缺点是工艺性差，对油、锈、水敏感，易产生气孔，只能用直流电源施焊。
各类焊条型号中，符号尾数为15、16者为碱性焊条，又称低氢型焊条。
B、焊条的分类、型号和牌号：
焊条按用途可以分为以下几类：
碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等，我们这里只介绍碳钢焊条、低合金钢焊条和不锈钢焊条。
a、碳钢焊条的型号与牌号：
E××××
焊条药皮类型及采用的电流种类
适用的焊接位置（0和1：
全位置；2：
平焊与平脚焊；4：
向下立焊）
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