压力管道技术 施工安装

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压力管道技术施工安装第十章施工安装压力管道的现场安装及施工一般涉及到管子及其元件的安装前抽检、管道的预制及机加工、管道的焊接及检查、管道的吹扫及试验、工程验收等内容，除此之外，它还包括现场施工程序编制、现场施工组织、现场施工管理等方面的内容。这些问题是施工技术人员研究的问题。本书仍按既定原则，即仅从设计人员的角度来介绍有关的问题。在压力管道的现场施工中，焊接占去了大部分的施工工作量，而且它也是全部施工工作中最关键的一个内容，同时也是技术最复杂的工作内容，焊接质量的好坏直接影响到压力管道的安全。因此本章将首先介绍一些有关的焊接基本知识，然后介绍几个常用的施工规范及其应用注意事项，最后介绍设计技术人员应如何配合管道的现场施工。第一节金属焊接的基本知识（一）焊接是使两个分离的金属构件借助于原子间的联系和扩散，形成永久结合接头的过程。焊接是实现管道连接最常用的方法之一，它与法兰、螺纹连接相比，具有下列一些特点：a、接头重量轻，可以节省大量的金属材料；b、接头价格便宜。因为采用法兰或螺纹连接时，需要采用经过精密机加工的专用管道元件，成本较高；c、接头强度高，密封性能好；d、为不可拆卸接头；e、现场劳动强度大，且因为焊接过程可能会产生强光或有害气体，需要加强劳动保护。正因上述原因，管道的连接接头约有90%为焊接，除非管道结构或工艺要求必须为可拆卸或者不能焊接的接头才采用法兰和螺纹连接。由于这部分的内容较多，考虑章节的均衡问题，故将它分为两节介绍。一、金属焊接的分类焊接的分类方法很多，常见的分类方法有以下三种。（一）按接头型式和用途分类按接头型式可分为角焊、对焊、点焊、断续焊、塞焊、密封焊等，见图10-1所示。a、角焊b、对焊c、点焊d、断续焊e、密封焊图10-1焊接接头型式分类284 压力管道技术施工安装在压力管道中，小口径薄壁管子及管件常用角焊，详见第五章所述。除小口径管道外，它还经常用于平焊法兰接管、开口补强接头、支吊架连接接头的焊接。根据元件的厚度不同，它又可分为单面焊和双面焊两种。角焊不能采用射线探伤，故其接头强度和焊接质量不易检查。对焊是管道器材元件连接中应用最多的一种焊接。根据管道元件的厚度不同可分为单面焊、双面焊、带垫板和不带垫板焊接等多种型式。点焊是在整个接头中仅就几个点进行焊接，常用于装配定位或正式焊接前的定位。断续焊是在整个接头中分段进行焊接。它常用于某些管道支吊架的焊接，此时只需要强度满足要求即可，而不需要严密性。断续焊可以减少焊缝长度，从而减少焊接工作量，又不容易引起过大的焊接变形。管道及其元件间的焊接是不允许采用断续焊的。塞焊常用于衬里层与基层的焊接，压力管道中不常用。密封焊是对管道元件其它连接接头的补充焊接，起二次密封作用。例如，螺纹接头的焊接、阀盖法兰的焊接等。密封焊常采用低熔点材料进行焊接，容易清除掉，不影响原接头的可拆性。（二）按接头位置分类按焊接接头与焊接材料（焊条）的相对空间位置不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊等类型。见图图10-2所示。a、平焊b、立焊c、横焊d、仰焊图10-2焊接接头与焊条的相对空间位置分类平焊使得焊接人员以比较舒适的姿式工作，因此焊接速度快，生产率高。由于重力的作用，焊缝容易成形，外观好，出现咬边、末焊透、焊瘤等缺陷的机会少，故焊接质量较好。但是，如果焊缝材料分渣不好，易产生夹渣。由于它可以有较多的熔池金属存在，故可以采用较大的焊条直径和焊接电流，故可提高生产率。总起来讲，平焊的焊接质量较好，故在焊接质量评定和现场施工检查中，对平焊和其它型式的焊接要求是不一样的。例如一些施工规范规定，固定焊比转动焊的无损探伤比例大，就是因为转动焊可以均为平焊，而固定焊可能不得不部分采用立焊、横焊或仰焊。就对焊接人员的姿式影响来说，立焊劣于平焊，但优于仰焊，故焊接人员的工作效率和工作质量介于平焊和仰焊之间。由于重力的作用，熔渣容易从熔池金属中分离出去，不易使焊缝产生夹渣，但此时若熔池金属太多，容易下流而产生焊瘤、咬边等缺陷，焊缝外观质量也不如平焊，故立焊时常采用小直径焊条和小电流焊接。横焊与立焊的特点基本相似，仅仅是其咬边和焊瘤易出现的位置不同。横焊的咬边容易出现在焊缝的下边沿。仰焊将使焊接人员以极不舒适的姿式焊接，劳动强度大，劳动条件差，焊接质量也较差，故施工时应尽量减少仰焊的数量。（三）按焊接方法分类自从工业焊接方法问世以来，得到了迅猛发展，到目前为止，焊接方法已有近百种之多。在这里仅就压力管道中可能用到焊接方法进行介绍。压力管道中可能遇到的焊接方法如图10－3所示。284 压力管道技术施工安装手工电弧焊电弧焊自动埋弧焊半自动埋弧焊气焊二氧化碳气体保护焊熔化焊气体保护焊惰性气体保护焊压力管道焊接等离子焊锻焊压力焊接触焊高频焊图10－3按焊接方法分类1、熔化焊利用外部加热使构件连接处熔化，从而实现构件的原子间结合的焊接方法称为熔化焊。它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能接近或完全达到甚至超过母材，因此它是目前应用较多的一种焊接方法。常用的熔化焊焊接方法有电弧焊、气体保护焊、等离子焊、气焊等。a、电弧焊电弧焊是在电极（通常为与电源连接的焊条或焊丝）和焊件之间造成电弧，并利用电弧产生的热量，将接头处的金属及填充金属熔化，形成永久性接头的焊接方法。它是目前应用最广泛的一种焊接方法。电弧焊具有焊接质量可靠，热影响区小，焊接速度快的特点。根据操作方式的不同，常用的电弧焊有手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动埋弧焊之分。其中，手工电弧焊与自动埋弧焊相比，它们的优缺点见表10-1所示。表10-1手工电弧焊和自动埋弧焊的特点比较项目手工电弧焊自动埋弧焊操作方式人工夹持填充材料，并沿焊缝接头移动而完成焊接。焊接填充材料通常为带药皮的焊条专用机械夹持焊接填充材料，并通过机械自动运送焊接填充材料，焊接接头也自动前进，焊接填充物通常为焊丝，并通过机械自动输送保护材料生产效率生产效率低，劳动强度大，生产环境差可以采用较大的焊接参数，故生产效率高。由于机械操作，人员只需操作机器，故劳动强度低焊接质量受焊接人员的技术水平、环境等影响，质量不稳定受人为的影响较小，焊接质量稳定，焊缝表面质量较好。由于焊接电流大，不易产生未焊透等缺陷。不存在换焊条问题，为连续完成，故减少了由于这个原因而引起的焊接质量问题284 压力管道技术施工安装焊料及电能的利用较厚件需要开坡口，焊缝金属填充量较大。每根焊条均要留下一截夹持段，造成浪费由于焊接电流大，熔深大，较厚件也可以不开坡口。由于焊缝金属的烧损和飞溅少，故金属损失也较少生产设备设备简单，一次投资低设备复杂，为专用的焊接设备，一次投资高焊接位置不受位置限制，操作比较灵活限用于焊缝形状简单、能实现自动成形的水平焊缝或螺旋焊缝。当焊接构件的尺寸、接头型式等发生变化时，需重新调整机器的有关参数适用场合适用于小批量、接头型式多变的场合，故施工现场一般均采用该方法适用于大批量同一类型接头型式的焊接，常用于钢管厂制造焊接钢管半自动埋弧焊的特点介于手工和全自动埋弧焊之间。b、气体保护焊气体保护焊实际上是电弧焊的一种。对手工电弧焊来说，其熔池金属是通过焊条药皮产生的熔渣来覆盖，以避免与空气的接触。对于自动埋弧焊，它是通过大量的焊剂材料将电弧及熔池金属均覆盖起来以达到隔绝空气的目的。而气体保护焊则是通过非氧化性气体或惰性气体将电弧及溶池金属与空气隔绝，从而达到保护焊缝金属的目的。气体保护焊与前二者相比，具有下列特点：由于没有熔剂，整个焊接过程和熔池情况可见性好，便于操作控制，焊缝表面成形好。而且由于没有熔剂的存在，焊缝的夹渣已不存在。由于保护气体的气流对弧柱有压缩作用，使电弧热量更集中，因此焊缝热影响区减小，焊缝质量较好，构件变形也较小，同时也可节省能源。但焊接过程要消耗大量气体，尤其是制取费用较高的惰性气体（如氩气、氦气），焊接费用较高。压力管道的焊接常用它作为单面焊双面成形的打底焊和盖面焊。根据所采用的保护气体不同，气体保护焊可分为二氧化碳气体保护焊、氩气气体保护焊（通常也称它为氩弧焊）和氦气气体保护焊等。二氧化碳气体保护焊与氩气、氦气保护焊相比，其最大特点是气体较廉价。但由于二氧化碳在电弧的作用下会被电离而分解出氧和一氧化碳，前者对熔池金属易产生氧化作用，而后者易使焊缝产生气孔等缺陷，故其焊缝质量不如惰性气体保护焊好。c、等离子焊等离子焊是利用等离子弧作为热源，将焊接接头的局部金属和填充金属熔化而进行焊接的一种方法。作为等离子焊热源的等离子弧，与一般电弧相比具有以下特点：温度高，通常可达16000°K~33000°K；速度高，可达300m/s~100m/s；能量密度大，可达480kw/cm2。这些特点使得等离子焊具有焊缝热影响区小、焊接构件变形小、焊接接头质量好及焊接速度快等优点，它常用来焊接高熔点金属或合金。但等离子焊的设备控制较复杂，设备昂贵，而且由于电离产生的金属气体对人身有害，焊接时需要良好的通风和劳动保护，故它在工程上的应用并不太广泛。等离子焊不如等离子切割应用广泛。由于等离子弧具有上述特点，故几乎没有不能被它切割的金属，并且其热量集中，具有切割速度快、质量好、热影响区小及构件变形小等优点，故压力管道器材元件的制造和施工中，常用它来切割钢板（尤其是合金钢板）和开设焊接坡口。d、气焊气焊是利用可燃气体和助燃气体混合燃烧形成的火焰，将被焊构件的接头局部溶化，并另外填充焊接金属而进行焊接的一种方法。与电弧焊相比，由于火焰的热强度较低，金属加热时间较长，而且加热范围较大，故焊后构件的变284 压力管道技术施工安装形较大。气焊的火焰对熔池金属的保护较差，容易造成熔池金属的氧化，而且易出现气孔、夹渣等缺陷，故其焊缝质量较差。因此，在压力管道现场施工中，这种焊接方法实际上已很少用。但气焊不需要电流，设备简单，适合于野外的施工及修理工作。由于气焊的温度低，不象电弧焊那样容易将较薄构件烧穿，故它以前常用于较薄构件的焊接。但随着氩弧焊等焊接方法的应用，在较薄构件的焊接中，气焊也逐渐被采用细焊丝的氩弧焊所代替。2、压力焊利用外部加热，使构件连接处的金属呈塑性或表面熔化状态，同时对构件施加压力，从而实现构件间原子结合的焊接方法称为压力焊。与熔化焊相比，它具有下列特点：焊接时一般不需要太高的温度，故对母材的损伤小。不需要焊条和保护剂或保护气，可以减小焊接成本。但其焊接接头一般情况下冶金结合不完全，焊缝质量较差，尤其是综合机械性能较低，故常用于压力和温度不高尤其温度不高的使用场合。常用的压力焊接方法有锻焊（炉焊）、接触焊（电阻焊）、高频焊等。a、锻焊（炉焊）连续炉焊（锻焊）是在加热炉内对构件进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法并使其焊接在一起而形成具有一条直缝的焊接方法。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合机械性能差。石化装置中的水、汽、风管道常为采用该焊接方法制造的焊接钢管。b、接触焊（电阻焊）电阻焊是利用强大的电流在通过焊接件的接头处时，利用接头处的电阻产生热量，将接头金属迅速加热到高温，同时施加压力使之焊合。其特点是生产效率高，自动化程度高，焊接时不需要焊条和焊剂，对母材损伤小，焊接变形和残余应力较小。但其焊接设备复杂，价格高，对焊接接头的表面质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头处的塑性和冲击韧性较低，不宜用于高温情况下和重要的场合。c、高频焊通过高频感应电流发热，对焊接接头局部加热使表面熔化，然后加压，使构件焊接在一起。其特点与电阻焊近似，常用于制造焊接钢管。二、电弧焊接过程的金属理论压力管道及其元件在制造和现场施工过程中，基本上都是采用电弧焊，故下面就以电弧焊为例来介绍有关的焊接理论和焊接技术。（一）焊接金属及其填充金属的加热特性一般情况下，将电焊机、焊条和焊接件连接构成一个闭合电路。电路的电压较低，一般为24V左右，而焊接电流较大，一般为50A~250A。当焊条与构件接触时，由于接触点的电阻较大，由此产生较大的热量，使接触金属温度升高。如果将焊条离开构件一较小的距离，在电压和高温的作用下，会使焊条与构件间的气体发生电离，从而产生连续而强烈的放电现象。这种因气体介质的电离而产生的连续放电现象就是电弧。电弧是由一组高温的正负离子和电子组成的。就焊条与构件之间的电弧来说，其各部分的温度是不相同的。以直流电弧为例，阴极区的温度约为2400℃，长度约为10-4mm，阳极区的温度约为2600℃，长度约为10-2mm~10-3mm，阴极与阳极之间的弧柱区的温度约为6000℃~7000℃。由此可见，对直流电来说，正接（焊条接电源负极，焊件接电源正极）与反接（与正接相反）对焊件的熔化温度是不一样的，对于高强度钢，采用正接可以得到较大的熔深。对于交流电来说，由于其正、负极为交替出现，故不存在正接、反接之说。总起来说，高温的电弧形成了电弧焊的热源。电弧燃烧时，弧柱便成为高度电离的气体导体，而电弧的两端加有焊接电流和焊接电压，电弧本身又具有电阻。根据电学原理可知，当电阻不变时，电弧发出的热量与其电阻和电流成正比，也就是说，焊接电流越大，电弧产生的284 压力管道技术施工安装热量越多，对焊件金属的熔化就越快，熔深越深。而焊接电压不宜太高，这是因为焊件本身是作为焊接回路的一部分，它又直接暴露于人们可接触的地方，故如果电压太高，会导致人员触电。由于电弧是被电离的高温气体，又是导体，故在焊接中常出现电弧的偏吹问题，它主要是受环境气流（如大风）或电流磁场的影响所至。电弧的偏吹会使电弧的燃烧不稳定，焊缝成型不规则，或因弧长增长而增加了有害气体侵入的机会，从而导致焊缝质量下降等问题。许多施工规范中都对焊接施工环境的风速进行了规定正是源于这个原因。（二）焊缝金属的冶金过程焊件与焊条在电弧的作用下熔化，电弧离开后，熔化的液态金属将结晶凝固。这个熔化凝固过程具有加热温度高，时间短，液态金属少，冷却速度快，并直接与空气接触发生一系列反应等特点。为此，为了补充可能被烧损的金属，常通过焊条或药皮（焊剂）加入一些相应的金属，以保证焊缝金属的性能。由此可以说，焊接的过程，存在着一个冶金反应过程。焊接过程包括的冶金反应基本上有以下两个方面的反应：其一是液态金属与气体间的反应；其二是液态金属与焊条药皮或焊剂的反应。1、液态金属与气体间的反应焊接时，熔池周围充满了各种成分的气体，这些气体主要来自于周围的空气，焊件或焊条中的湿气（水分），焊件表面的铁锈、油脂和油漆受热后蒸发出的气体等。在这些气体中，以氧、氮、氢对焊缝质量的影响最大。在第九章中已经讲到，氧的存在会造成许多金属元素的烧损。氧与铁形成的氧化铁，不仅使铁元素的量减少，还容易溶入焊缝中形成非金属物夹杂，从而造成焊缝金属性能的下降。氧还能与碳生成一氧化碳气体，使焊缝中出现气孔。为了减少氧的存在，应尽量采用较短的电弧，以避免大量的空气接触熔池金属。焊前应对焊条进行烘干，潮湿或雨雪天不能户外焊接，以避免大量的湿气（H2O）因电离而分解出对焊缝金属有害的氢气和氧气。在焊条药皮或焊剂中加入脱氧剂可以有效地脱除焊缝金属中的氧。氮的存在会使焊缝的塑性和韧性下降，故对它的存在也应加以控制。焊缝中的氮主要来自于焊缝周围的空气，故焊接时一方面要采用较短的弧长，另一方面要加强溶池熔化金属的保护。氢的存在会给焊缝带来一系列不利的影响。由于氢在液态金属和固态金属中的溶解度差别较大，故焊缝金属冷却后，过饱和的氢会在晶格缺陷中聚集而还原为氢分子，从而造成局部高压，这个高压会导致晶格缺陷扩展成微裂纹，进而扩展为宏观裂纹。氢是众多合金钢焊缝冷裂纹产生的主要诱因，氢在逸出过程中容易产生气孔，氢分散存在于金属内部时容易造成金属的脆性，等等。由此可见，焊缝金属中的氢必须严加控制。氢的主要来源是潮湿的焊接环境、焊条和焊剂中的水蒸汽，焊件上的油污及油漆在高温下也会析出氢，因此焊接时应严格控制这些影响因素。除此之外，在焊条药皮或焊剂中加入CaF2(即莹石)，它可与氢生成HF而逸出。凡是加入CaF2的焊条称为低氢型焊条。2、液态金属与焊条药皮或焊剂的反应在介绍这个反应之前，首先介绍一下焊条药皮或焊剂的作用。总起来讲，焊条药皮或焊剂主要有以下作用：a、焊条药皮或焊剂随金属填充物熔化后（对焊剂是部分熔化），将以熔渣的形式覆盖在焊缝金属表面上，从而保护高温的焊缝金属免遭空气的侵害；b、由于熔渣中存在金属钠、钾、钙等元素的化合物等易电离介质，可以使电弧中的电离条件得到改善，使电弧容易点燃，并稳定燃烧，减少飞溅，保证焊缝成形良好；c、在焊条药皮或焊剂中加入一些特定的物质，可以达到对焊缝金属进行脱氧、脱硫、脱磷的冶金目的；d、通过在焊条药皮或焊剂中有意加入一些特定金属元素，可以补偿焊接过程中的金属烧损。284 压力管道技术施工安装根据焊条药皮或焊剂的组成不同，可分为碱性焊条（焊剂）、酸性焊条（焊剂）和中性焊条（焊剂）三种。碱性焊条（焊剂）中的主要成分为Na2O、K2O、CaO、MgO、FeO、MnO等；酸性焊条（焊剂）中的主要成分为SiO2、Ti2O、P2O5等；中性焊条（焊剂）的主要成分为Al2O3、Fe2O3、V2O5等。酸性焊条的焊渣呈玻璃状结构，外表发亮，容易形成光滑的焊缝。碱性焊条（焊剂）一般呈结晶状，焊缝成形较差。不同药皮的焊条或焊剂，在焊缝的冶金反应中的作用是不同的。下面将结合冶金反应的目的来介绍它们的作用。前面已经讲过，氧的存在会造成许多有用合金元素的烧损，或者易形成夹杂物，故焊条的药皮或焊剂中常加入一些与氧亲合力更高的元素如硅、锰、钛、铝等，并生成不溶于焊缝液态金属的焊渣而排出。从这个角度来说，酸性、碱性、中性焊条或焊剂均能达到该目的。第三章中已经讲过，硫的存在能与铁生成FeS，并以低熔点的FeS-Fe（熔点为985℃）或FeS-FeO(熔点为940℃)共晶存在于晶界上。在高温下，这些共晶物容易引起材料的红脆，降低材料的耐蚀性和材料的强度及塑性，在焊缝中它还容易导致结晶裂纹（热裂纹）的出现。在焊接冶金反应中，往往在焊条药皮或焊剂中加入比铁对硫亲合力更大的锰、钙等元素，焊接时生成难溶于金属溶液而容易溶于熔渣的MnS、CaS，从而达到脱硫的目的。从脱硫的目的来讲，碱性焊条或焊剂更好些。磷在钢中可全部溶于铁素体中，使铁素体难以变形，从而使钢材呈现脆性。它也可能以Fe3P的形式存在，并与铁形成低熔点共晶物分布于晶界上，但Fe3P与FeS不同，前者强度较高，会阻碍晶界的常温变形，故总起来说，磷主要是导致金属材料冷脆的有害元素。焊接冶金反应中脱磷的方法是靠FeO将磷氧化，然后再与CaO、MgO、MnO等生成复杂的磷酸盐，从而达到脱磷目的。脱磷的反应式为：2P+5FeOP2O5+Fe2Fe3P+5FeOP2O5+11FeP2O5+4CaO4CaO·P2O5CaO·P2O5易溶于熔渣而排走。由此可见，只有碱性焊条才能脱磷，酸性焊条是不能脱磷的。在焊接过程中，由于蒸发、氧化等原因，会损失一部分有用的合金元素，使焊缝的组织和性能受到影响。为了补偿损失的合金元素，或者为了有意识地去改善焊缝金属的组织和性能，可以在焊条药皮或焊剂中加入相应的元素，使它们在焊缝冶金反应过程中熔入到焊缝金属中，使焊缝的合金成分达到希望的要求。当然，在焊接材料中直接提高可能被烧损的合金元素含量或者有意识加入某些特定的合金元素也能达到该目的。对于气体保护电弧焊，因为不存在焊条药皮或焊剂，故只有通过改善焊接材料（焊丝）的成分来达到这个目的。（三）焊接接头的组织与性能焊接接头在经历了一个从熔化到凝固的结晶过程之后，其组织和性能相对于原材料金属已发生了一系列变化，这个变化又直接影响到压力管道的使用性和可靠性。为了便于理解，在介绍焊接接头的组织和性能之前，先介绍几个基本定义。a、母材：被焊接的管子、管件等原构件称为母材；b、焊接材料：焊丝、裸焊条等填充金属与焊剂和焊条药皮统称为焊接材料；c、熔池：焊接时，被加热熔化的母材和焊接材料处于一个池形固态金属中，这一由固态金属所形成的包围液态金属的池子称为熔池；284 压力管道技术施工安装d、熔合线：熔池与母材的边界线称为熔合线。它实质上也是焊接接头的液态金属与未被熔化的母材金属的交界线。e、焊缝：熔池内的液态金属凝固后所形成的区域称为焊缝。显而易见，焊缝是被熔合线所包络的一个区域；f、热影响区：熔合线外侧的母材金属，由于受到加热的影响，在靠近熔合线的一段区域内，将经历一次不同程度的热处理，从而使其组织和性能也发生了不同于母材的变化。这样的区域称为热影响区；g、焊接接头：焊缝和其热影响区总称为焊接接头。由上述的各名词定义中不难看出，焊接接头相对于母材来说，其组织和性能的变化可以分为两部分讨论：其一是发生在焊缝区域内的熔化结晶变化；其二是发生在焊缝热影响区内的热处理变化。1、焊缝金属的组织和性能焊缝金属在经历了一次熔化结晶过程之后，其组织和性能已完全不同于母材，此时的组织为铸造组织，即为粗大的柱状组织，铸造组织中存在的缺陷它也可能存在（在下面的焊接缺陷部分中将详细介绍）。但有别于铸造组织的地方是，它可以通过焊接材料加入较母材金属更多的合金元素，因此焊接接头的机械性能要比铸造材料高，有时焊缝金属的机械性能能达到甚至超过母材金属。通过改变焊接工艺，可以改变焊缝金属的组织。例如，减少焊接电流，即减少加热热量和熔池体积，使焊缝金属结晶速度加快，获得的焊缝组织就比较细。工程上对厚壁管子、管件的焊接，常采用小电流多层焊的方法，就是基于这样的道理；增大焊接速度，也能使结晶速度加快，获得的组织也比较细；在焊接材料中，有意识地加入一些熔点较高的合金元素，可增加结晶时的晶核数量，从而达到细化晶粒的目的；焊接前的预热会降低结晶速度，对改善组织是不利的，但它有助于防止某些合金焊接时的开裂问题。该问题将在下面讲到。2、焊缝热影响区金属的组织和性能焊缝热影响区的金属由于经历了一次热处理过程，故其组织和性能也将发生一系列变化。不难理解，由焊缝到母材的远处，温度是呈梯度分布的。焊缝金属温度最高，从焊缝到母材远处，温度逐渐降低。焊缝热影响区内，由于距焊缝的距离不同，发生的热处理并由此造成的金属组织是不一样的。根据所发生的热处理和金属的组织不同，可将热影响区划分为半熔化区、过热区、正火区、部分相变区、再结晶区和蓝脆区等六个部分。见图10-4所示。a、半熔化区：它位于焊缝金属与母材的交界处。在焊接过程中，该区域的金属被加热到半熔化状态，金属组织为铸造组织和粗晶组织共存，组织的化学成分和机械性能有较大的不均匀性。因此，该区域金属的机械性能较差，常常是产生裂纹和局部脆性的多发区。该区域较窄（约为0.1mm~1mm），有时很难分出，但它对焊接接头性能的影响却是比较大的。b、过热区：该区域的金属处在AC3以上100℃~200℃至固相线的温度区间内。即金属处于过热状态，得到的组织相对于母材来说比较粗大，常出现过热组织。该区域金属的性能特点是冲击韧性显著降低，一般可降低25%~30%。它也是焊接接头开284 压力管道技术施工安装裂的多发区。影响过热区组织和性能的因素有焊图10－4焊缝热影响区接电流、高温停留时间等。焊接电流过大，过热现象越严重；气焊加热温度虽然较低，但其加热时间较长，故它比电弧焊更容易使焊接接头的过热区恶化。c、正火区该区域的金属处于AC3以上100℃~200℃温度区间内，而且冷却过程中一般为自然冷却，故具有正火热处理的过程特征和条件，得到的组织也为细晶粒的正火组织，其机械性能一般优于母材性能。当然，如果母材原来就为正火组织，此时该区域的组织和性能则基本上不发生变化，或者由于再次被加热而稍有一点负面影响。d、部分相变区该区域的金属处于AC1至AC3温度之间。温度接近于AC3的部分，其珠光体和铁素体能全部发生奥氏体转变，冷却时可得到晶粒较细的铁素体和珠光体组织。温度稍高于AC1的部分，一般只能发生珠光体向奥氏体的转变，而由于温度较低，铁素体没能发生奥氏体转变，或者没能完全转变。没能转变的铁素体会长大。因此，部分相变区的组织是一个不均匀的组织，其机械性能较差。同样道理，如果母材本身就是正火组织，则此时只有晶粒长大的机会，故机械性能也会变差。e、再结晶区该区域的金属被加热到450℃至AC1温度区间，处于再结晶的温度范围。当母材有加工变形时，会发生金属的再结晶。当母材为正火组织（即不存在加工变形等问题时）时，不会发生再结晶，并且也没有奥氏体的转变，一般也不会发生晶粒长大现象（因为温度较低，时间又短），故此时该区域的组织没有变化，金属性能也没有改变。f、兰脆区该区域的金属被加热到200℃~500℃温度区间，此时原母材中的少量残余奥氏体可能发生转变而出现马氏体，且有少量的渗碳体从铁素体中析出，并以细小的微粒存在于铁素体中，使材料的强度和硬度略有升高，而塑性和韧性下降，有时甚至在焊接应力的作用下产生裂纹。兰脆区的显微组织基本上同母材组织。由此可见，上述的六个区都会对母材的组织和（或）性能带来一些变化，而且大多数带来的都是不利影响，因此在焊接过程中，应尽量减少热影响区的宽度，并通过适当的热处理和焊接规范来消除其不利影响。热影响区的宽度一般是比较窄的，而且一般情况下，显微镜下只能看到过热区、正火区、部分相变区三个区域。以低碳钢为例，在不同焊接方法中各区域的宽度见表10-2所示。表10-2不同焊接方法的热影响区宽度各焊接热影响区的平均尺寸，mm热影响区总宽，焊接方法过热区正火区部分相变区mm手工电弧焊2.21.62.26.0气焊21.04.02.027埋弧自动焊0.8~1.20.8~1.70.72.5三、焊接接头缺陷284 压力管道技术施工安装前面已经讲过，焊接接头包括焊缝及其热影响区两部分，热影响区的组织和性能特点已作了详细介绍，也提到了焊缝本身的组织为铸造组织，那么铸造组织常出现的缺陷也容易出现在焊缝中。但焊缝与铸件两者也有不同之处，焊缝本身液态金属少，结晶速度快，故它出现偏析和缩松的可能性和严重性不如铸件。压力管道中的焊缝由于受结构的影响，其焊接变形较难发生，从而容易产生较大的焊接残余应力（结晶速度快同样也是导致焊接应力产生的一个重要原因，下面将详细介绍）。较大的焊接残余应力容易使焊接接头产生裂纹，还容易使材料的耐腐蚀性降低。由于这些差别，有必要将焊缝中经常出现的缺陷及防止方法进行介绍。（一）焊接残余应力及焊接变形1、焊接残余应力及焊接变形的产生被熔化的焊缝金属，在冷却过程中将会收缩。就压力管道的焊缝来说，焊缝金属的收缩可能以三种型式出现：其一是横向（即沿管道长度方向）收缩，它使管道的结构长度趋于变短，使熔合线金属处于拉应力状态；其二是纵向（即径向）收缩，它使焊缝金属与母材处于受剪应力的状态；其三是角向收缩。当焊缝坡口尺寸上下不一致时，焊缝金属上下的收缩量也不同，从而使焊缝金属承受一个弯曲应力。这些应力的存在都使得压力管道的结构形状趋于发生变化，如果压力管道受结构的限制而不能发生形状或尺寸的变化，那么这些应力便以残余应力的形式存在于焊缝金属中，通常称之为焊接残余应力。由此可见，焊缝的残余应力与焊件的变形是互为影响的，其产生的原因都是由于焊缝的不均匀收缩或收缩受阻引起的。就压力管道的焊缝来说，其横向收缩产生的应力有时是可以避免的，如预制过程中的焊接接头即如此。有些是不可避免的，如已装配和固定好的一条管道的最后一道焊缝即如此；其纵向收缩产生的应力是不可避免的，尤其是当焊缝金属与母材金属的热胀系数差别较大时，产生的应力会很大；其角向收缩产生的应力可以通过改变坡口形状来缓解，尤其是当管子及管件的壁厚较厚时，通过采用X型或U型坡口，可以缓解较大的角向收缩产生的应力。从微观上来讲，焊接残余应力由以下三部分组成：a、热应力这是由于焊缝本身各部分收缩量不同或者是由于加热不均匀（局部加热）而产生的应力。前者如焊缝的角向收缩、纵向收缩而产生的应力；后者如由于焊接是移动的，沿焊缝方向的金属先后加热和冷却而造成的应力。它们都是由于焊缝金属各部分的不均匀收缩而产生的，故称为热应力。b、结晶应力结晶应力是熔池金属自液态向固态转变时，体积收缩受阻引起的应力。如前面所提到的横向整体收缩受阻引起的应力就是结晶应力。在一般的情况下，当熔池金属结晶时，其周围的固态母材金属还处于高温状态，此时其塑性较好，可以通过它的塑性变形来补偿熔池金属的收缩，因此不会在母材中引起裂纹。如果母材金属塑性较差（如铸铁、铜等），或者母材有严重的偏析，在较大的结晶应力作用下就会引起裂纹。在焊件刚性比较大的情况下也容易引起裂纹。c、组织应力组织应力是固态金属发生相变时，体积改变受阻而引起的应力。例如，马氏体的比容比较大，由奥氏体转变成马氏体时，其体积要膨胀。而马氏体的转变温度较低（一般在200℃左右），此时材料的塑性很低，很难通过塑性变形对其体积膨胀进行补偿，因此将产生较大的组织应力。对于淬硬性较强的金属材料，如果焊后冷却速度较快，很容易出现这样的组织应力。由于马氏体组织性能较脆，在组织应力作用下会引起冷裂纹。2、焊接残余应力对焊接接头的影响焊接残余应力的存在会对焊件带来一系列不良影响。前面已经提到，它会使焊件发生变形。因此对于焊后需要进行机加工的管道元件，或者对焊接变形比较敏感的管道元件，均应在机加工前或装配前进行热处理，或者从结构上采取措施。例如，对于DN≤40284 压力管道技术施工安装的焊接连接合金钢阀门，由于其结构尺寸较小，焊接变形和焊后热处理会影响到其阀座的密封性，故一般要在它的两端各加装150mm长的短管，该短管在制造厂焊好，这样就使得现场的焊缝离阀门较远，从而不致于因焊接或热处理变形而影响到阀门的密封性；焊接残余应力的存在还影响到焊接接头金属的耐腐蚀性能，因为金属在应力的作用下处于不稳定的状态，甚至处于晶格畸变的高能状态，此时更容易遭受腐蚀，特别是应力腐蚀。事实上也证明，大多数应力腐蚀的开裂都是由焊接残余应力或加工残余应力引起的。因此，对于有应力腐蚀破坏潜在危险的压力管道，应进行焊后热处理；对于淬硬性较强的高强度管道元件，或者是大壁厚元件，因前者会产生较大的组织应力，后者会产生较大的热应力（因参于凝固结晶的金属较多），容易导致冷裂纹或热裂纹的产生，故也应进行焊后热处理。3、焊接残余应力的消除前面已多次提到，进行焊后热处理是消除或缓解焊接残余应力影响的最好途径。根据热处理进行的方式不同，可以分为两种：其一是采用整体高温回火热处理，即将整个焊件（包括焊缝和母材）置于加热炉中进行焊接残余应力的消除。这种方法仅适用于焊件结构尺寸较小的情况，在压力管道中则常用于管道元件在制造过程中的焊接和焊补修理热处理；其二是采用局部高温回火热处理，即仅对焊缝及其附近的母材金属加热到600℃~650℃左右进行热处理。它是施工现场应用最多的热处理，因为此时进行整体热处理是不现实的。无论是采用整体热处理还是局部热处理，都不能将焊接残余应力全部消除，因为焊后热处理不能改变热应力的大小，而仅对消除组织应力最有效，但它对热应力和结晶应力能起到平衡缓解的作用，即通过金属的再结晶使应力重新分布，降低其峰值。一般情况下，焊后热处理可以消除60%~80%的焊接残余应力。除此之外，采用合理的施焊顺序，采用较小的焊接电流和较大的焊接速度，采用焊前预热等措施都有助于减少焊接残余应力。（二）焊接裂纹裂纹是最严重的焊接缺陷，对焊接结构的危害性也最大，它不仅会使产品报废，有时甚至会使焊接结构破裂而造成严重的事故。因此，焊接裂纹的产生与否是评定焊缝质量的一个重要指标，也是工程上严格控制的一个缺陷。按裂纹产生的机理和时间不同，可将焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹两种。1、热裂纹热裂纹是在熔池金属结晶过程中产生的，因此又称它为结晶裂纹。因为它发生在高温下，裂纹断面有明显地氧化颜色，故由此可以判别某焊接裂纹是热裂纹还是冷裂纹。热裂纹在金属凝固之后的冷却过程中，在焊接应力的作用下可进一步扩展，乃至危害焊接接头的金属强度。热裂纹一般发生在结晶过程中金属冷却到固相线附近的温度，此时金属的结晶即将完成，而晶粒之间尚存在着少量的低熔点共晶体的液态薄层尚未凝固。当这些低熔点液态薄层凝固时，因得不到液体金属的补偿，会形成强度很低的疏松组织。由于此时有热应力的存在，疏松组织在热应力的作用下就很容易产生裂纹。由此可见，焊缝中存在低熔点的共晶体是产生热裂纹的内因，而焊接应力则是产生热裂纹的外因。同样道理，如果母材本身也存在低熔点的共晶物，那么在靠近焊缝的高温区，母材中低熔物的强度因受热而急剧降低，在焊接应力的作用下，低熔物会发生断裂而导致母材中的热裂纹产生。实践证明，碳与硫的含量多少是影响热裂纹产生的主要因素。前文已讲过，硫常与铁形成低熔点共晶物，故它是直接导致热裂纹产生的主要根源。一般情况下，焊接材料中的硫含量应控制在0.03%~0.04%以下。采用碱性焊条，对焊缝进行较好的脱硫也是降低热裂纹产生倾向的途径之一。碳含量的增加，将减小硫在金属中的熔解度，使更多的硫集中分布在晶界上，从而促使硫与铁的低熔点共晶物的形成。因此，含碳量越高，焊接接头出现热裂纹的危险性越大。采用焊前预热和合理的焊接顺序等焊接工艺，可缓解热裂纹产生的倾向。2、冷裂纹284 压力管道技术施工安装冷裂纹一般发生在组织转变过程中，并具有延迟出现的特点。导致冷裂纹产生的原因主要有以下两个方面：a、淬火作用引起的冷裂纹对于容易淬硬的材料，焊接冷却条件下容易产生马氏体组织。从第三章中已经知道，马氏体硬而脆，而且伴随着较大的组织应力，使金属组织处于极不稳定的状态，在复杂焊接应力的作用下，很容易产生冷裂纹。对碳素钢来说，含碳量越大，材料的淬硬性就越大，产生的马氏量就越多，故出现冷裂的危险性就越大。由此可见，含碳量的增加，同时会增加材料焊接冷裂和热裂的危险性，故压力管道的焊接元件中，对于碳素钢材料，一般限制其含碳量不超过0.25%。对于高合金（奥氏体不锈钢除外）来说，由于合金元素的存在，使材料的淬硬性增加，从而导致其产生冷裂纹的危险性增加。对于合金钢，常用碳当量的多少来衡量其产生冷裂纹倾向的大小，详见第三章所述。b、氢作用引起的冷裂纹在焊接高温下，一些含氢的化合物会分解出原子氢，使得大量的原子氢溶入熔池金属中。不同的组织，氢溶解量是不同的，奥氏体溶解量较大，铁素体溶解量较小，前者一般是后者的4~5倍。在焊缝冷却过程中，金属组织将发生由奥氏体向铁素体的转变，同时释放出大量的氢。由于焊缝冷却速度较快，以致大量的氢来不及逸出而残留在焊缝金属中。当材料由奥氏体向铁素体转变时，由于焊缝中心的金属含碳量较低¶，而焊缝边沿金属含碳量较高，故中心金属首先发生奥氏体转变，此时它的过饱和氢将向母材侧迁移。由于焊缝冷却速度极快，当过饱和的氢迁移的焊缝的熔合线附近时，已没有扩散到母材内的温度能量，故它将在熔合线周围的马氏体组织或材料的微观孔隙内聚集。聚集到马氏体组织内的氢使马氏体更加脆化，在焊接应力的作用下会导致裂纹的产生。聚集到材料微观孔隙内的氢会结合成氢分子，造成局部高压，这个高压产生的应力与焊接应力交互作用的结果也将使金属产生裂纹。这也就说明了为什么冷裂纹容易出现在焊缝边沿的道理。注¶：焊缝中心的金属多为填充金属，而填充金属一般具有比母材更高的质量，包括其含碳量低，含有害杂质元素低等。由此可见，氢的存在是金属材料焊接时产生冷裂的主要根源之一。氢在金属中的扩散速度受温度的影响比较大，也与金属的组织有关。一般情况下，氢在高温下的扩散速度较快，低温下的扩散速度则较慢。氢在铁素体中的扩散速度较快而在珠光体或奥氏体中的扩散速度较慢。对低碳钢来说，由于氢的扩散速度较快（因为它的铁素体含量较高），氢原子很容易逸出金属而跑到大气中，故不易产生冷裂纹。对奥氏体钢来说，由于它溶氢量较大，虽然扩散速度较慢，也不会发生局部聚集而导致冷裂纹的产生。只有在高碳钢或合金钢中，由于它溶氢的能力较小，氢的扩散速度又比较慢，以致它不能在焊缝冷却过程中逸出，故它们很容易产生冷裂纹。由于冷裂纹的产生与氢的扩散有关，而氢的扩散又与时间有关，故冷裂纹往往在焊后一定时间内发生，故又称冷裂纹为延迟裂纹。减少氢的来源，使氢有机会逸出焊缝金属，避免出现淬硬组织等，都可防止或减少焊接冷裂纹的出现。从减少氢的来源考虑，应采用低氢型焊接材料，焊前严格烘干焊接材料，不要在湿度较大的雨雪天焊接等都可减少焊缝金属中的氢含量；控制焊后冷却速度和多层焊的层间温度，使其不发生或少发生马氏体的转变，既可防止组织脆化，又利于氢的逸出，故有利于防止冷裂纹的出现；焊后进行热处理，可以起到除氢、消脆和消除焊接应力的作用，因此可以防止冷裂纹的产生。工程中进行焊后热处理是防止焊后产生冷裂纹的常用方法。（三）焊缝的气孔和夹渣284 压力管道技术施工安装焊缝的气孔和夹渣也是常见的焊接缺陷。它们的存在会降低焊缝金属的致密性，削弱焊缝金属的强度，增加焊缝金属的脆性，降低其耐蚀性。因此，它们也是评定焊缝质量的重要指标。1、气孔气孔的产生是多方面的，大致可以归纳为以下几个方面：a、冶金反应方面前面已经讲到，在焊接冶金反应中，可能会产生多种气体，在这些气体中，除了外界带来的氢、氮等气体外，还有冶金反应生成的一氧化碳，它们都是产生气孔的主要气体。溶池中的氧和金属中的碳在焊接高温下结合生成一氧化碳，一氧化碳不溶于金属，可以从焊缝金属中逸出。结晶过程中生成的一氧化碳可能来不及逸出金属外，而在晶界处形成气孔。母材或焊接材料的含碳量越高，或焊接过程中脱氧不完全时，容易产生一氧化碳气孔。前文已讲过，氢气若在焊缝冷却时聚集在材料的微观孔隙内，可还原为氢气。高压的氢气可扩展原来的微观孔隙而成为气孔。氢气形成的气孔与一氧化碳等其它气体形成的气孔性质不同，它可使气孔进一步扩展而成为裂纹。氮气的影响与氢相似，但焊接过程中由于严格控制了焊缝金属与空气的接触，故焊缝出现氮气气孔的现象较少。b、药皮和焊剂的物理性能影响药皮和焊剂在焊接过程中所形成的熔渣覆盖在焊缝金属表面上，以保护高温的焊缝金属不与空气接触而发生化学反应。如果熔渣透气性不好，不利于焊缝中的气体逸出，则容易造成焊缝中气孔的产生。但如果熔渣的透气性太大，容易造成空气的侵入，使熔渣起不到应有的保护作用。c、焊接工艺方面的影响如果焊接速度较快，金属的冷却速度也较快，不利于气体的逸出，容易产生气孔。焊接电弧较长时，容易使空气侵入，产生气孔的可能性就越大。焊前对焊条严格烘干，焊件进行预热，清除干净焊件表面的油物、油漆等，都可以减少气孔的生成。2、夹渣夹渣是指焊接过程中因来不及浮出而夹在焊缝金属内的熔渣等非金属化合物。一般情况下，它呈块状或条状存在于焊缝金属中。夹渣产生的原因主要有以下几个方面：a、焊接电流过小，或者焊接速度太快，使焊缝金属冷却速度太快，以致熔渣来不及浮出焊缝金属；b、手工焊接时由于运条不当，以致熔化金属和熔渣混淆在一起；c、多道焊接时，前道焊接时的熔渣清除不干净。工程上，焊缝的内部夹渣是严格控制的缺陷，常通过无损探伤检验并进行评级。对于高压管道，一般不允许有条状夹渣存在。（四）其它焊接缺陷除了上述的几种主要的、也是影响比较大的缺陷之外，焊接中还经常出现下列一些缺陷。这些缺陷对焊接接头的性能都会带来一些不利的影响，因此一般的焊接施工规范中对它们都有具体的限制。1、外部缺陷外部缺陷除了前面提到的裂纹、气孔和夹渣外，常见的还有咬边、焊瘤、未焊满、烧穿、焊缝尺寸超差等缺陷。a、咬边它是焊件母材沿焊缝边缘在焊接过程中被熔去的沟槽。咬边的存在会减少焊缝金属的有效受力面积，并产生应力集中，对焊缝的强度不利。一般咬边的深度不应超过0.5mm，如果存在较大的咬边，可采用补焊（如果允许的话）进行修理。284 压力管道技术施工安装b、焊瘤它是熔化金属流敷在未熔化的母材表面，形成的未熔合的瘤状物。焊瘤的存在容易引起夹渣、未焊透和焊接接头应力集中等问题，使接头强度降低。焊瘤可进行铲除修理。c、弧坑或未焊满它是在焊缝边缘或焊缝收尾处因熔化金属未填满焊缝而留下的沟槽或凹坑。弧坑或未焊满对焊接接头性能的影响类似咬边，可采用补焊修理。d、烧穿或焊漏它是指熔化金属从焊缝的另一面漏出，甚至烧穿成洞。烧穿或焊漏会严重影响焊接接头的强度和严密性，是不允许存在的缺陷。产生烧穿或焊漏的原因可能是焊接电流过大，电弧停留时间太长或者焊缝装配间隙过大等。e、焊缝尺寸超差它是指焊缝尺寸的过宽或过窄，过高或过低，角焊缝的焊脚高不一致等问题。焊缝尺寸的过大或过小，都会引起应力集中。焊缝过低时还会削弱焊接接头强度，过高时容易增加焊接应力，且浪费焊接材料，故均应进行控制。2、内部缺陷内部缺陷除上面提到的裂纹、气孔和夹渣外，经常见到的还有末焊透。末焊透是指焊件母材与熔化金属之间或多层焊的焊层之间存在的局部未熔化。它的存在会削弱焊接接头的强度，并造成应力集中，它是断裂裂纹产生的根源，因此它也是不允许存在的缺陷。产生未焊透的原因可能是焊件表面有油污、锈蚀等污物未除干净，或者焊接电流过小、焊接速度过高，以致热量不够所至。四、焊接接头的检查与试验前文已经讲到，焊接接头相对于母材金属来说，发生了一系列组织和性能的变化，而且常常出现各种缺陷。正因为如此，工程中有必要对焊接接头进行相应的检查和试验，以确定它是否满足工程使用要求。对焊缝采用的检查试验方法有外观检验、无损检验、压力及密封试验、机械性能试验、化学成分分析和金相组织分析等。1、外观检验焊缝的外观检查一般以肉眼观察为主，有时也可利用（5~20）倍的放大镜进行观查。观查的内容主要有焊缝的外部缺陷，如焊缝的尺寸超差、咬边、焊瘤、弧坑、未焊满、烧穿、焊漏、外部气孔和外部裂纹等。在检查之前，应清除掉焊缝表面的熔渣、飞溅等物。值得注意的是，在清除熔渣之前，应观查熔渣的覆盖情况。一般情况下，根据熔渣覆盖的特征，可以粗略地估计该处可能出现的焊缝缺陷。例如，熔渣中有裂纹时，往往预示着焊缝金属也有裂纹存在。另外，在检查外部缺陷时，也可以推测其内部可能存在的缺陷。如焊缝表面出现咬边或焊瘤时，往往预示着焊缝内部可能存在着未焊透或未熔化；焊缝表面有气孔和夹渣时，焊缝内部也可能存在着气孔和夹渣。当外观检查不能立即判定某些缺陷是不是裂纹时，应作标记，以便用无损探伤方法（如磁粉探伤或渗透探伤）进一步检查确认。2、无损检查对于重要的焊接接头，可以采用无损探伤方法对其焊缝的表面缺陷和内部缺陷进行检查。无损检验的应用往往标志着施工费用的增加，故应用时应结合必要性和经济性综合考虑。常用的无损检验方法有射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、液体渗透探伤等。前两者常用于内部缺陷的检查，后两者则用于外部缺陷的检查。关于各种无损检验方法的特点、应用标准、评定方法已在第九章中做过介绍，有关它们的应用将在本章第三节中结合常用的施工规范进行介绍。3、压力及密封试验284 压力管道技术施工安装常用的压力试验为水压强度试验，它可以综合考查焊缝的强度和严密封。一般情况下，试验的压力比较高，对压力管道来说，约为设计压力的1.5倍。密封性试验的方法很多，常用的有煤油渗透试验、气密试验等方法。针对焊缝的水压试验和密封性试验在工程上很少单独去做，而常常是与系统的水压试验和气密试验一起做。有关这方面的内容将在本章第三节中介绍。4、机械性能试验在现场施工过程中，很少针对焊缝进行机械性能试验（硬度检验除外），也不便进行机械性能试验（因为它是破坏性试验），它常常用在焊接工艺评定上。施工现场一般仅检查焊接接头的硬度，用于判断焊后热处理的效果。对于新材料、新工艺，在没有获得成熟的焊接工艺和焊接参数之前，都要进行焊接工艺评定。SHJ509《石油化工工程焊接工艺评定》标准给出了有关焊接工艺评定的具体要求。机械性能检验是工艺评定中的检验项目之一，它包括的内容有拉伸试验、弯曲试验（包括面弯、背弯和侧弯三种）和冲击试验（包括焊缝区冲击试验和热影响区冲击试验两种）。有关的试验方法和试验要求见标准SHJ509和本书第九章。5、化学成分分析化学成分分析常于焊接材料的研究中，对于成熟的母材和焊接材料，工程上或焊接工艺评定中是很少进行化学成分分析的，有时偶尔在事故分析中用到，故在此不再进一步介绍。6、金相组织分析通过金相组织分析，可以了解焊缝金属中各种夹杂物的数量和分布情况、晶粒的大小及热影区的组织状况等。根据检验分析的结果，可以改进焊接工艺，制定合理的热处理工艺，选择合适的焊接材料等，以期获得较好的焊接接头。事实上，焊接接头的金相分析在工程施工中也很少用，工艺评定中也不包括该项内容。只有对重要的场合，或作为事故分析，当设计技术人员或用户提出时，才做该项分析。思考题：1、什么叫焊接？焊接与其它管道连接方式相比，有什么特点？2、什么叫熔化焊？常用的熔化焊焊接方法有哪些？3、什么叫气焊？什么叫电弧焊？二者相比，各有何优缺点？4、什么叫压力焊？常用的压力焊焊接方法有哪些？各有何特点？5、试述电弧焊接的加热特性？6、金属电弧焊接时有哪些冶金反应？7、什么叫母材？什么叫熔池？什么叫熔合线？什么叫焊缝？什么叫焊缝热影响区？什么叫焊接接头？8、试述电弧焊焊缝的组织和性能特点？9、试述电弧焊焊接热影响区的组织和性能特点？10、焊接接头的缺陷有哪些？11、焊接应力包括哪些？产生的机理如何？12、焊接应力对焊接接头会带来哪些影响？13、焊接裂纹有哪些？产生的机理如何？14、焊接接头的气孔是如何产生的？如何避免？15、焊接接头的检查与试验包括哪些方法？第二节金属焊接的基本知识（二）284 压力管道技术施工安装在介绍了焊接的分类、电弧焊焊接接头的冶金及组织特点、接头的缺陷及其检查试验方法之后，这一节中将介绍有关的焊接技术及常见金属材料的焊接。一、焊接技术前面已经多次提到，焊接时所选用的焊接参数（包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等）、焊缝坡口型式、焊前的预热和焊后热处理、焊接材料的选用等都将影响到焊接接头的组织和性能。因此，在焊接前应首先合理的确定这些技术参数和焊接工艺。（一）焊接参数的选择焊接参数有时也叫焊接规范，它主要包括焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度等。正确地选择这些参数，既可提高焊接生产率，又可获得优良的焊接接头质量。当然，对不同的焊接方法，焊接参数的选取原则是不同的，在这里仍以手工电弧焊为例进行介绍。1、焊条直径的选择焊条直径越大，焊接生产率越高。但焊条直径过大，会造成焊缝外观差、焊漏或焊穿、未焊透等缺陷。焊条直径小，生产率低，若焊条直径过小，也容易造成未焊透缺陷。因此焊条直径应适中。影响焊条直径选取的因素有构件的壁厚、接头的坡口型式、焊接的位置等。一般情况下，构件的厚度越厚，选取的焊条直径越大，否则将严重影响焊接生产率；对于角接和搭接焊接接头，一般不容易被焊穿或焊漏，反而容易产生未焊透缺陷，故常用大直径焊条；平焊比立焊、横焊和仰焊应选取更大的焊条直径，或者说，立焊、仰焊、横焊时焊条直径不能太大（一般不超过5mm）。否则，由于熔池金属（液体金属）较多而下流，造成焊瘤、未焊满、夹渣等缺陷。2、焊接电流的选择焊接电流的大小对焊接接头的质量和焊接生产率也有较大的影响。焊接电流过小，电弧不稳定，容易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低；电流过大，会增加金属的飞溅，焊缝容易产生咬边、焊漏和烧穿等缺陷。影响焊接电流选取的因素有焊条类型、焊条直径、构件厚度、接头型式、焊接位置等，但主要的影响因素是焊条直径和焊接位置。一般情况下，焊接电流I（安培，A）与焊条直径d（毫米，mm）可以按I=(35~55)d关系式确定。焊接电流对焊缝的影响与焊条直径的影响相似，对于立焊、横焊和仰焊，焊接电流太大时，容易产生较多的熔池金属而下流，从而造成焊瘤、未焊满、夹渣等缺陷，故立焊、横焊和仰焊时应取较小的焊接电流，一般应比平焊小5%~10%。3、电弧电压的选择前面已经讲过，焊接回路的电压不能太高，以避免现场人员触电。而电弧本身的电压在电路的电压确定之后，它将受电弧长度的影响，电弧越长，电弧电压越高。在焊接过程中，电弧不宜过长，否则会引起电弧不稳定，增加金属的飞溅，减小熔深以及产生咬边等缺陷，电弧过长还容易导致空气的侵入，从而使焊缝产生气孔、夹渣等缺陷。因此，焊接中应尽量采用短电弧低电压焊接参数。一般情况下，碱性焊条焊接时应控制其电弧电压在23V~26V，酸性焊条则控制在24V~29V。4、焊接速度的选择如果弧立地选择焊接速度，那么焊接速度越大，焊接生产率越高，焊缝的冷却速度越快，焊接变形越小，但未焊透、夹渣则越容易产生。但是，焊接速度往往是与焊条直径、焊接电流等配合选用，只有它们搭配的比较好，才能获得比较好的焊接质量。例如，工程中为了减少焊接热变形和获得良好的焊缝外观形状，常选用小电流、慢速焊的焊接参数。为了提高生产率则常采用大电流、快速焊的焊接参数。上述这些焊接参数的选定，不能孤立的只考虑某一个参数的作用，应将它们放在一起综合考虑，合理搭配。参数的选择可以通过焊接工艺评定进行筛选和确定。（二）焊接材料的选择284 压力管道技术施工安装从上节的介绍中可以看出，焊接材料在焊接中起到填充金属并参于焊接冶金反应的作用。因此，焊接材料质量的好坏、选择的是否合理将直接影响到焊缝金属的组织和性能，并对其起着决定性的作用。下面仍以手工电弧焊为例介绍常用的焊接材料及其特点、焊接材料如何选用以及焊接材料在焊前的预处理等内容。1、常用焊接材料的分类及其特点对手工电弧焊来说，焊接材料就是焊条，它通常由金属丝和包在金属丝外面的药皮两部分组成。上节中已经讲到，根据药皮的组成成分不同，可将焊条分为碱性焊条、酸性焊条和中性焊条三类。其中，碱性焊条与酸性焊条的特点对比如下：a、酸性焊条中由于存在氧化硅、氧化钛等强氧化物，使得焊缝的氧化冶金反应比较剧烈，因此焊缝金属的有益合金元素容易被烧损，且不利于掺合金。反之，碱性焊条因含氧化性较小的氧化钙、氧化镁等氧化物，药皮中合金元素烧损少，便于掺合金；b、碱性焊条中因含有氧化钙（莹石）而有利于脱氢，因此它对高强度钢、高合金钢等易产生冷裂纹的材料比较好。反之，酸性焊条的脱氢能力较差；c、酸性焊条脱硫、磷的能力较弱，而碱性焊条的脱硫、磷能力较好。故用碱性焊条焊接的焊缝其综合机械性能较好；d、酸性焊条由于含有较强的氧化物，其脱氧能力强，而且脱氧时反应剧烈，便于包括氢气在内的气体从焊缝中逸出。故酸性焊条对焊缝接头的铁锈、油污等敏感性较小，且不易产生气孔。而碱性焊条则对铁锈、油污比较敏感，这是因为铁锈、油污的存在会产生大量的气体，而碱性焊条的脱气能力较差。e、碱性焊条由于氟化钙的存在，会影响到弧柱的电离，故其稳弧性不好，须采用直流电源，只有加入适量的钾、钠等低电离电位的稳弧剂后才可以用交流电源。而酸性焊条稳弧性较好，能交直流两用；f、酸性焊条有较好的焊接工艺性，焊缝成型好，脱渣性也较好。碱性焊条则较差些；g、碱性焊条焊接时产生的烟气多，且由于其中含有氟化氢这一有毒气体，故焊接时要有良好的通风措施。酸性焊条焊接时，产生的烟气少，毒性也小。通过上面的对比分析来看，对重要的场合，宜用碱性焊条，一般情况下，可用酸性焊条。2、常用焊条的表示方法及其代号焊条主要分为碳钢焊条、低合金钢焊条和不锈钢焊条等三种，分别叙述如下：a、碳钢焊条碳钢焊条型号根据熔敷金属的机械性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。其代号表示如下：E＃＃＃＃＃表示焊接电流种类及药皮类型；表示焊条使用位置。0”及“1”表示焊条适用于全位置（平、焊接立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；两位数字，表示熔敷金属抗拉强度的最小值，N/mm2；表示焊条。例如，E4315表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为43N/mm2；适用于全位置焊接；焊条药皮为低氢钠型，可采用直流反接焊接。284 压力管道技术施工安装b、低合金钢焊条低合金钢焊条型号根据其熔敷金属的机械性能、化学成分、药皮类型、焊接位置、焊接电流种类及熔敷金属的化学成分分类代号等划分。其代号表示如下：E＃＃＃＃＃-A1后缀字母。为熔敷金属的化学成分代号，并以短划“”与前面数字分开，如还具有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“”与前面后缀字母分开。表示焊接电流种类及药皮类型；表示焊条使用位置。0”及“1”表示焊条适用于全位置（平、焊接立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；两位数字，表示熔敷金属抗拉强度的最小值，N/mm2；表示焊条。例如，E5018－A1表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为50N/mm2；适用于全位置焊接；焊条药皮为铁粉低氢型，可采用交流或直流反接焊接；熔敷金属的化学成分分类代号，见有关标准。又例，E5515-B3-V表示：焊条；熔敷金属抗拉强度的最小值为55N/mm2；适用于全位置焊接；焊条药皮为低氢钠型，可采用直流反接焊接；熔敷金属的化学成分分类代号，见有关标准；熔敷金属中含有钒元素。c、不锈钢焊条不锈钢焊条型号根据其熔敷金属的化学成分、机械性能、焊条药皮类型、焊接电流种类、铬和镍元素的近似百分含量、其它重要合金元素及近似百分含量等划分。其代号表示如下：E＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃表示药皮类型及焊接电流种类；表示熔敷金属中其它重要合金元素及近似百分含量；表示熔敷金属中镍的近似百分含量；表示熔敷金属中铬元素的近似百分含量；为一位或两位数字，表示熔敷金属中的含碳量，“00”表示含碳量≤0.04%，“0”表示含碳量≤0.10%，“1”表示含碳量≤0.15%，“2”表示含碳量≤0.20%，“3”表示含碳量≤0.45%；284 压力管道技术施工安装表示焊条。例如，E001910MO215表示：焊条；熔敷金属中的碳含量≤0.04%；铬的含量为19%；镍的含量为10%；钼的含量为2%；焊条为碱性药皮，适用于直流反接焊接。3、电焊条的选用原则电焊条的选用首先应考虑作为填充金属的金属丝应满足对母材的使用性和适应性。其次应根据使用环境、焊接环境等因素选择药皮类型。a、金属丝的选择对于碳钢、低合金钢等大多数结构钢的焊接，一般要求焊缝金属与母材等强度，故可按等强度原则选用焊条，即焊条的强度与母材强度相同或相近。由于焊缝组织为铸造组织，有时为了不使焊缝强度降低过多，常选用焊条金属的强度略高于母材金属。但是，焊条金属不宜高于母材金属强度太多，以免使焊缝金属的塑性和冲击韧性降低。有时为了保证焊缝金属的冲击韧性，有意选择强度比母材金属低的焊条。焊条金属的化学成分应与母材金属的化学成分相同或相近，尤其是对于有耐热、耐腐蚀要求的母材，为了保证焊缝具有同样的耐热、耐腐蚀性能，焊条金属的化学成分必须满足这一要求，而且其耐热、耐腐蚀的成分应比母材金属更多，不利成分更少。b、焊条药皮的选择母材中如果含硫、磷等杂质元素较高时，应选用脱硫、脱磷且抗裂性较好的碱性焊条；对于承受动载荷或冲击载荷的情况，为了保证焊缝金属的塑性和韧性，宜选用碱性焊条；对于形状复杂或壁厚较厚的焊件，由于它易产生焊接裂纹和较大的焊接应力，也宜选用碱性焊条；对于易产生冷裂的高强度钢，应选用低氢型焊条；对于受结构、位置等方面的影响，其焊接接头的铁锈、油污等难以清除干净时，宜选用对它敏感性较小的酸性焊条；对于固定焊缝，应选用全位置焊接的焊条；当没有直流电焊机时，应选用交流或交直流两用焊条。4、电焊条的烘干在运输或贮藏过程中，焊条的药皮会受潮。受潮的焊条在焊接过程中会产生大量的水蒸汽及其电解物，从而造成焊缝金属的飞溅，并使电弧不稳定，同时还将大大增焊缝金属中的含氢量，从而造成材料的冷裂。为此，焊接前必须对焊条烘干。烘干温度不宜太低，时间不宜太短，否则达不到烘干的目的，即此时仍有部分水分留在焊条药皮中，它仍将影响到焊缝的质量。但烘干温度也不宜太高，时间也不宜太长，否则，可能会使药皮中的某些合金元素和有机物烧损，同时可能使药皮变脆、开裂和脱落等。对于碱性焊条来说，由于其脱气性不好，故要求其烘干温度较高，一般为250℃~300℃，时间为1h~2h。酸性焊条的烘干温度一般为70℃~150℃，时间同为1h~2h。烘干后的焊条应存在烘干箱或保温箱中备用，不宜露天放置，否则使用前应再次烘干。烘干焊条时应注意缓慢升温和降温，以免药皮开裂剥落。（三）焊接坡口的准备为了保证构件在焊接时能够焊透，故对于壁厚较厚的构件，焊接接头应开设一定的坡口。对压力管道及其元件的焊接来说，常用的坡口型式及其尺寸要求见附录F10-1所示。从F10-1中可知，常用的接头型式可以分为三大类：即对焊接头、角焊接头和丁字接头。1、对焊接头对焊接头的焊缝金属主要是受拉应力作用，受力情况比较好，强度高，而且节省接头金属，故它是应用最广的一种。对于构件壁厚较薄（一般小于3mm）的情况，即使在不开设坡口的情况，也能保证焊透，故此时往往不开设坡口。Y型坡口一般适用于构件壁厚为4mm~40mm的情况；YV284 压力管道技术施工安装型复合坡口一般适用于构件壁厚为17mm~60mm的情况；U型坡口一般适用于构件壁厚为17mm~60mm的情况。这三种坡口型式相比，Y型坡口加工最简单，但其金属填充量最大。U型坡口则相反，即其加工最复杂，但金属填充量最少。YV型坡口则居二者之间。不难理解，焊缝金属填充量大时，不仅增加较贵的焊接材料用量，降低焊接生产率，还容易产生较大的焊接应力和焊接变形。故当构件壁厚较薄时，可选用Y型坡口，构件壁厚较厚时应优先选用U型坡口。无论是Y型坡口、YV型坡口，还是U型坡口，都称为单面成型坡口。这种坡口的焊脚（即焊缝的底部）质量不好，容易出现焊漏、未焊透、裂纹、夹渣等缺陷，且内表面不光滑。为了弥补这个不足，有时在背面垫一个垫环。然而，加垫环的焊缝，其焊接准备工作量较大，故实际工程上也很少用。为此，工程上常采用根部氩弧焊打底的方法以解决上面的问题。双Y型坡口为双面焊、双面成型接头型式，它适用的构件厚度为12mm~60mm。这种焊接接头型式即有利于减少焊缝填充金属，又可减少焊缝的角变形，并且焊缝的内外表面都比较好。但它最大的缺点是内侧焊接时需要有足够的焊接空间，也就是说，对于压力管道，只有当管道及其元件直径足够大时，才有可能采用这种坡口型式。因此，实际工程中，大多数管道元件的焊接并不能采用这种坡口型式。值得一提的是，在工程中经常碰到不同壁厚的构件对焊焊接的问题。对这种问题处理的原则是：接头部分的两边壁厚应相等，以免在焊缝这个薄弱的地方再出现应力集中；壁厚较厚的一侧应设一坡度较缓的过渡区，一直过渡到与较薄一侧的壁厚。该过渡区的坡度一般不宜大于15°，详细规定见有关的施工规范。2、搭接接头两个焊件相叠加在一起，然后在它们顶端边缘进行焊接的接头称为搭接接头。这也是一种常用的焊接接头型式。在压力管道中，它常用于直径较小（一般DN≤40mm）、壁厚较薄的管道元件连接中。搭接接头的焊缝金属受剪力作用，故其强度较低。但对于壁厚较薄的构件，如果采用对焊接头，很容易出现烧穿、焊漏等缺陷，焊缝的质量反而难以保证。该部分问题在第五章中已有介绍。3、丁字接头两个焊件成丁字型结合的焊接接头称为丁字接头。这种接头在压力管道中应用的并不多，多用于管道的分支开口焊接处。这种接头的焊缝金属受力比较复杂，又常处于应力集中区，故该处的母材金属常常要进行补强。值得说明的是丁字接头和搭接接头的焊缝金属无法进行射线探伤（RT），因此其内部缺陷不易检查出来，对于重要的压力管道，不宜采用这两种接头。关于焊接坡口的制备，常用的方法有火焰切割、等离子切割和机械制备等。工程上常用的火焰切割方法为氧—乙炔焰切割，它与等离子切割相比具有这样一些特点：一次投入的设备成本费用低，操作费用也较低，因此工程上应用的比较广泛。但其切割温度较低，对高合金材料甚至切不动；火焰切割时的热量不如等离子切割时集中，故其热影响区较大，对于淬硬性较强的金属，切割后的坡口修整工作量较大（因为此时的淬硬层在焊接之前必须清除，否则容易焊裂）。故火焰切割一般不宜用于淬硬性较强、高合金、贵重金属材料的坡口制备。上节中已经讲到，等离子切割具有温度高、热量集中的特点，它几乎能切割一切金属材料，所以在工程上的应用日益增多。它与机械切割相比，仍属熔化切割，切割成形的坡口仍需修整，对淬硬性较强的金属材料，需要将淬硬层全部清除掉，从而浪费一些母材金属。其坡口制备的尺寸精度不如机械方法，但却具有操作灵活的特点。机械法制备的坡口具有尺寸精度高、母材金属浪费少、对284 压力管道技术施工安装母材金属的损伤小等特点。因此它是最理想的制备坡口方法。但机械制备法对于小尺寸的管道元件，在工厂制备时容易实现，故由工厂生产的单体管道元件如弯头、三通、大小头、管帽、焊接阀门等都由制造厂直接机械加工出坡口。但现场装配时，管子的切割和坡口制备则较少采用机械法。由此可见，关于焊接坡口的制备，常用的方法各有优缺点，究竟采用哪种方法应综合考虑。（四）焊前预热和焊后热处理前文已经多次提到，焊接的过程都是对焊件进行局部加热的过程，局部加热就意味着被加热区与周围的金属之间存在一个温度梯度。我们知道，凡是存在温度梯度的金属，都会存在一个热变形或热应力问题。为了减少这个热变形或热应力，使它不致于对焊件产生破坏作用，故常常对焊接接头进行焊前预热或焊后热处理。1、焊前预热一般情况下，焊接时的加热速度是很快的。对于高强度钢或壁厚较厚的钢构件，由于快速升温，会产生较大的热应力，这个热应力会导致构件的开裂。当环境温度比较低时，例如对除奥氏体不锈钢以外的材料，它的焊接环境温度低于0℃时，都很容易在较快的焊接加热速度下造成焊接开裂，正因为如此，许多焊接施工规范中都提出了焊前预热的规定。表10-3即为SH3051标准给出的常用材料的焊前预热要求：表10-3常用金属材料的焊前预热和焊后热处理要求钢种或钢号焊接构件壁厚，mm预热温度，℃焊后热处理温度，℃10，20≥26100~200≥30600~65016Mn≥15150~200≥19600~65012CrMo≥15150~200650~70015CrMo≥12150~200≥13700~75012Cr1MoV≥6200~300≥13700~7501Cr5Mo任意厚度250~350750~7802.25Ni，3.5Ni任意厚度100~150≥19600~630当焊接环境温度低于0℃时，除奥氏体不锈钢外，按上面规定不需要预热的材料均需要预热到15℃以上。焊前预热除可防止因焊接加热过快而导致的材料开裂外，还可以缓和焊后的冷却速度，从而达到改善结晶条件、减少组织和化学成分不均匀性的目的；预热还有利于焊缝金属中的气体（尤其是氢气）的逸出，有利于减少焊缝的气孔和冷裂的倾向性；预热还有利于排除焊接接头的湿气和水分，减少焊接接头的缺陷；等等。但焊缝的预热恶化了焊接的工作环境，尤其是对手工焊接来说，它不利于焊接的操作。因此，并不是对任何焊接接头都要采取焊前预热，应根据实际情况确定是否焊前预热。2、焊后热处理上节中已讲到了焊后热处理的必要性。事实上，任何焊接接头，焊后都存在焊接变形和焊接残余应力的问题，只不过对于某些材料或某些焊接接头，它的变形和残余应力不足以影响到其使用性，因此也就没有必要进行焊后热处理，因为热处理会增加焊接施工的成本（包括材料成本和人工成本）。由于热处理也是局部加热，且影响到母材金属，故对有些焊接接头，如果焊后热处理不当，还会适得其反，使焊接接头的性能变坏。一般来讲，符合下列条件之一者，宜进行焊后热处理：284 压力管道技术施工安装a、易淬硬的高碳钢、高合金钢和高强度钢。如铬钼合金钢、铬钼钒合金钢等；b、焊接构件较厚的低碳钢。如壁厚大于30mm厚的低碳钢；c、有应力腐蚀环境存在时。如有湿硫化氢、苛性碱存在时；d、有特定的防腐蚀要求时。如奥氏不锈钢有抗晶间腐蚀要求时；e、低温管道。如工作温度低于－20℃除奥氏体不锈钢以外的材料；f、受交变应力作用时。不同的施工规范，对需要进行焊后热处理的材料牌号和厚度范围规定的不一样。事实上，正如前面所说的那样，对于任何焊接接头，其焊后残余应力是必然存在的，只不过不同的人对什么情况下必须通过热处理加以清除、什么情况下不必清除的界定范围认识不同而已。这实际上是给了管道设计人一个权利，当设计人员认为有必要进行焊后热处理时，可以超越有关规范的要求而特殊提出。表10－3给出了SH3501施工规范对常用金属材料的焊后热处理要求。所谓的焊后热处理，是指将焊接接头加热到一定温度，然后进行保温，随后以一定速度冷却的热处理过程。通过焊后热处理，不仅可以消除或减缓焊接残余应力，还可改善焊接接头的组织，降低接头区的含氢量，提高焊接接头的耐腐蚀性和韧性，防止焊缝区产生脆性破坏和延迟裂纹等。常用的焊后热处理方法有正火、高温回火和稳定化热处理（对稳定化奥氏体不锈钢）等方法。a、正火正火的工艺见第九章所述（高温回火和稳定化热处理同）。正火热处理是利用了金属的再结晶过程，使焊缝中的粗晶组织得到细化，并可消除焊缝区的淬硬组织和组织的不均匀性，同时达到缓解焊接残余应力的目的。但正火可使原焊缝中的过热组织继续恶化，也使处于焊缝热影响区的母材正火组织有晶粒长大的倾向。正火热处理的成本比高温回火高，故选用时应综合考虑。b、高温回火高温回火热处理是利用了焊缝金属的高温蠕变，使焊接残余应力发生松驰，从而达到消除或减缓焊接残余应力、稳定组织的目的。同时，高温回火可使焊接接头金属中的氢逸出，从而达到仰止或消除延迟裂纹的目的。由于焊接接头最突出的问题就是焊接残余应力和冷裂纹的问题，而高温回火对改善这些问题带来的不利影响是有效的，又由于它对母材的损伤小，成本又低，故焊缝的高温回火是应用最多的焊后热处理方法。c、稳定化热处理对于奥氏体不锈钢来说，由于其塑性比较好，没有淬硬性，因此它很少有冷裂的问题。焊接时，虽然奥氏体不锈钢的焊缝金属热胀冷缩量比较大，但由于它塑性较好，通过自身的调节和平衡，焊接残余应力并不大，工程上很少出现由焊接残余应力而引起的奥氏体不锈钢破坏的实例。因此，对于奥氏体不锈钢很少进行焊前预热和焊后热处理。但焊接接头在经历了焊接之后，它原来的固溶组织也被破坏，故焊缝有丧失抗晶间腐蚀能力的倾向。因此，对于非稳定型、非超低碳型的奥氏体不锈钢，在经历了焊接之后，基本上不能用于有晶间腐蚀倾向的环境。这也是管道有别于设备的地方，因为对设备来说，焊后可进行整体固溶处理，但管道则做不到。对于超低碳型奥氏体不锈钢，它不是利用固溶组织来保证其抗晶间腐蚀能力的，因此它的抗晶间腐蚀性一般不受焊接的影响，所以该材料焊后一般不进行焊后热处理。对于稳定型奥氏体不锈钢，在经历了焊接之后其焊缝及热影响区可能会因碳化钛的分解而丧失抗晶腐蚀能力，因此有必要对焊缝进行稳定化热处理，使焊缝重新获得抗晶间腐蚀的能力。但是，正如第九章所述，关于稳定型奥氏体不锈钢是否要进行焊后稳定化热处理的问题，目前国际上和国内尚存在争论。作者认为，除非该材料不在有晶腐蚀倾向的环境中使用，否则有必要对焊接接头进行稳定化热处理。284 压力管道技术施工安装二、常用材料的焊接石油化工生产装置中，经常用到的有焊接要求的管道材料有低碳钢、合金钢、不锈钢和异种钢。在介绍这些材料的焊接特点之前，有必要先介绍一下材料的可焊性问题。（一）材料的可焊性金属材料的可焊性是指在一定的工艺条件下通过焊接形成优质接头的性能。如果一种金属材料用普通简单的焊接工艺条件就可获得优质的焊接接头，那么就认为该种金属材料具有良好的可焊性。反之，如果需要特殊复杂的焊接工艺条件才能获得优质接头，则认为该种金属材料的可焊性差。这里所说的焊接工艺条件是指焊接方法、焊接参数、焊前预热及焊后热处理、接头型式、坡口型式及尺寸、环境温度、焊接位置、焊接材料等。优质接头是指焊缝的机械性能和耐腐蚀性能好，热裂和冷裂的倾向小，各种非人为的焊接缺陷少。金属材料的可焊性说明其焊接的难易程度，它是一个相对概念。焊缝接头的质量好坏，受人为的影响因素也较大，例如焊工的技术水平、熟练程度等。它受环境的影响也比较大，如环境温度、环境的风速、气候等。因此说，金属材料的可焊性只是一个笼统的概念。随着焊接技术的发展，会使过去认为可焊性差或者不能焊接的材料也变为可焊了。因此工程上并没有一个具体的评定各种材料可焊性的指标，所能做的是在进行工程焊接前，进行焊接工艺评定试验，通过焊接工艺评定试验来确定合理的焊接工艺，从而达到所希望的焊接接头质量的目的。焊接工艺评定是指按照所拟定的焊接工艺指导书，根据焊接工艺评定标准的规定焊接试件，并检验试件焊接接头的性能是否达到要求。通过焊接工艺评定可以检验预定的焊接工艺和焊接参数是否可行。如果试样的焊接接头性能未能达到要求，应调整焊接工艺和焊接参数，重新评定，直到满足要求为止。但是，初步预测材料的可焊性可以帮助焊接工程师首次编制焊接工艺和确定焊接参数。国内外业内人士常用碳当量的概念来评估金属材料的可焊性，但有关碳当量的计算方法有很多，有些计算方法之间差别还很大。本书第三章给出了两种常用的计算方法，在此不再介绍。前面已经提到，焊接接头的质量受焊工的技术水平和熟练程度的影响也比较大。事实上，不同的焊工，甚至同一焊工在不同的时间内，其焊接质量也是不一样的。为此工程上对焊工的使用管理也作了一些规定，其中对焊工进行资格考试、持证上岗就是管理中的一个重要环节。（二）低碳钢的焊接由于低碳钢的含碳量较低，故其可焊性比较好，一般无须采取特殊的工艺措施就可获得优质的焊接接头。但对于沸腾钢，由于它脱氧不完全，硫、磷杂质元素的分布也很不均匀，焊接时出现热裂和冷裂的倾向较大。因此，对于沸腾钢材料，不宜用在重要场合和有应力腐蚀、交变应力的场合。一般情况下，低碳钢的焊接以手工电弧焊为主，不需要采用气体保护焊焊接方法，只有当焊缝根部要求洁净、或者构件壁厚较薄容易焊漏时才考虑用气体保护焊打底。焊接材料采用酸性焊条和碱性焊条均可，均能获得较好的焊接接头。但对于特殊场合，如临氢、受交变载荷作用、处于低温工况时或者工作在有应力腐蚀倾向的环境时，宜选用碱性焊条。可以采用交流电源，也可以采用直流电源进行全方位焊接¶，工艺简单。由于结晶温度区间小，故焊接时熔池金属结晶的偏析小，产生热裂纹的倾向小。一般情况下，无须焊前预热，只有当环境温度低于0℃时，或者焊件壁厚超过26mm厚时，才考虑预热。一般情况下也不需要焊后热处理，当构件受交变应力或者工作在有应力腐蚀倾向的环境时，或者构件壁厚超过30mm，或者在低温下使用时，才考虑进行焊后热处理。热处理一般采用600℃~650℃的高温回火。注¶284 压力管道技术施工安装：交流电焊机在施焊时，其电流要反复多次出现零点，故其电弧燃烧不稳定，焊缝容易受空气的侵入而产生气孔。但其设备构造简单，价格低，效率高，耗电少，使用维护方便，焊接时噪音小，无磁偏吹现象。因此它常用于一般材料的焊接。直流电焊机可适用于碱性焊条，而且它常用柴油机等作为其发电工具，故可适用于缺少电源动力线的野外工作。（三）合金钢的焊接石油化工压力管道中常用的合金钢有16Mn、09Mn2V、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo等材料，这些材料均属于高强度易淬硬金属材料，故其可焊性较差，焊接时容易产生热裂纹和冷裂纹，故焊接时应采用相应的措施来保证焊接接头的性能。1、碳锰低合金钢（16Mn，09Mn2V等）的焊接从碳当量上来看，它的碳当量比低碳钢高，但由于它不含铬（Cr）、钼（Mo）等合金元素，故其淬硬性和热裂的倾向性比铬钼钢或铬钼钒钢小。碳锰低合金钢的焊接材料应选择强度等于或略高于母材的材料，以免因焊缝强度过高而使其塑性和韧性下降。最好选用碱性焊条和直流电焊机，如果选择了交直流两用的碱性焊条，也可以用交流电焊机。碳锰钢、碳锰钒钢与低碳钢的可接性差别不太大，仅淬硬性稍大些，故预热温度与预热范围比低碳钢稍高些。一般情况下，当焊接构件厚度大于15mm时，就应考虑预热。对于低温、有应力腐蚀环境、受交应力、临氢操作时，应进行焊后热处理。对于厚度大于19mm的构件，焊后应进行热处理。热处理一般采用高温回火。2、铬钼钢（12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo）和铬钼钒钢（12Cr1MoV）的焊接由于这类材料中含有较多的高熔点合金元素，故容易出现低熔点成分的偏析，并且由于这类材料的强度高，塑性差，对焊接变形的适应性差，故很容易出现热裂纹。由于这类材料存在铬、钼等增加材料淬透性的元素，故其淬硬性也比较强，焊缝及其热影响区很容易出现淬硬马氏体组织，加之氢在材料中的扩散速度较慢，因此这类材料又很容易出现冷裂纹，工程实践也证明了这一点。为此，在选择焊接材料时，应选用低氢型焊条，并在施焊前严格烘干。焊前应进行预热，焊后应进行热处理，以释放或降低焊接残余应力。焊接时应采用短弧，多层焊接时应保持层温，冷却时应缓慢冷却，以利于降低焊接应力水平。应尽量减少焊接结构的刚度，尤其应避免强行组对，这样做对防止热裂和冷裂均有益。焊前应彻底清除焊接接头的油污、铁锈等。（四）不锈钢的焊接压力管道中常用的不锈钢一般为奥氏体不锈钢，偶然用到铁素体和马氏体不锈钢也是作为阀门的阀杆、垫片之类的非焊件，故这里仅介绍奥氏体不锈钢的焊接性能。前文已经讲到，由于奥氏体不锈钢具有很好的塑性，又具有单一的奥氏体常温组织，没有淬硬性（即不出现淬硬马氏体组织），故它具有很好的可焊性，一般不会出现冷裂纹。但是，奥氏体不锈钢具有较大的热膨胀率，且结晶时的树枝状结晶方向比较明显，低熔点的杂质或共晶物易集聚在晶界上，如果处理不好，易出现热裂纹。焊接时，宜采用低碳型焊条，并适当加入钛、铝等变质剂，能起到细化晶粒，改善偏析，防止热裂纹的作用。焊接时可采用小功率（小电流）、高速度的焊接参数，有利于减少熔池金属，从而减少熔池的焊接应力。奥氏体不锈钢一般不进行焊前预热，也不宜预热，因为冷焊缝有利于加快冷却速度，从而起到细化晶粒、减轻偏析、防止热裂纹的作用。284 压力管道技术施工安装奥氏体不锈钢的焊后热处理在前文已讲到，这里略。（五）常用异种钢的焊接对于异种钢的焊接接头，尤其是成分差别比较大的异种钢焊接接头，其焊缝组织存在着稀释和被稀释的问题，因此焊缝金属的组织和成分可能与两种母材均不同，在考虑其焊接接头性能问题时应充分注意这个因素。为了解决稀释和被稀释的问题，曾经广为应用的焊接方法就是采用加过渡层的焊接办法，但这种焊接方法工艺复杂，费工费时。因此，在考虑异种钢接头的使用工况后，也可以采用简单的焊接方法来处理。下面就以常见的复合钢板、碳钢和铬钼钢、碳钢和不锈钢、铬钼钢和不锈钢的焊接问题作简单介绍。1、碳钢和不锈钢复合钢板的焊接首先应该清楚，碳钢－不锈钢复合板是利用其较薄的不锈钢复层具有抗腐蚀性能较好的特点来工作的，此时不能在焊缝处破坏其耐蚀性，也就是说，焊缝处的内侧应保留不锈钢的成分和耐腐蚀性。对此，工程上常采用加过渡层的方法进行焊接，即复层的焊接材料应选用相应的不锈钢材料，在焊完复层后，清除干净焊渣和飞溅物，然后再焊接过渡层。过渡层的焊接材料应选用合金含量（尤其是镍含量）较高的材料，以防止由于基层的稀释而产生不良影响。最后焊接基层（即碳钢层）。焊接基层的过程中，应尽可能采用小电流、小直径、高速度的焊接参数，以免基层金属溶入到复层中。2、碳钢和铬钼钢的焊接可以肯定地说，此时的焊接接头不会用于高于碳钢使用条件的工况下，故焊缝金属的性能只要不低于碳钢的性能即可。由于常用铬钼钢的合金含量比较低，经碳钢稀释后，其性能没有发生太大的变化。而碳钢（一般为低碳钢）又与铬钼钢的含碳量差别不太大，也就是说铬钼钢对碳钢的含碳量不敏感，故此接头的组织和性能均不会产生突变。焊接时只要按照焊接性较差的铬钼钢选择焊接工艺条件即可。一般情况下，焊接材料宜选比铬钼钢合金元素含量稍低的焊接材料，以减少碳钢侧的淬硬性。焊前预热和焊后热处理按铬钼钢确定。3、碳钢和不锈钢的焊接它与碳钢－不锈钢复合钢板不同，其焊接接头不要求具有不锈钢的耐腐蚀性能，因此不必采用过渡层焊接，也不要求在超过碳钢允许的温度以上工作。因此，此时的焊接接头性能只要不低于碳钢母材金属即可。但是，由于不锈钢合金含量较高，而它的含碳量又比碳钢低许多，因此，虽然二者单独焊接时，可焊性比较好，但二者相互交融稀释的结果，会形成一系列不同组分的高碳合金，这些合金当中有些具有较大的淬硬倾向。又由于碳钢和不锈钢的热胀系数差别较大，故存在较大的热应力，此时的焊接接头可能会出现热裂纹和冷裂纹等一系列问题。首先，在焊缝金属中，由于同时熔入了碳钢和不锈钢，因为稀释作用而产生部分马氏体组织，使焊接接头的塑性和韧性变差，容易产生冷裂纹；其次是由于不锈钢侧含碳量较低，碳钢侧含碳量较高，在高温下（无论是焊接过程，热处理过程，还是正常的工作中），碳元素会发生由碳钢侧向不锈钢侧的迁移，从而造成碳钢侧因含碳量降低而强度下降，而不锈钢侧因含碳量的增加而耐蚀性降低；第三，由于碳钢和不锈钢的热膨胀系数差别较大，故会在接头的径向产生一个较大的热应力，这个热应力与其它应力叠加的结果会导致热裂纹的产生。如果此类接头工作在有温度循环的工况，其热应力会使它很快发生疲劳破坏。由此可见，工程中应尽可能避免碳钢和不锈钢的焊接接头，因为它不仅具有一般的焊接缺陷，还存在上述的一些特有缺陷。事实上，对于所有的异种钢接头，都有不同程度的特别缺陷，故在设计中，尤其是重要的管道设计中，应尽可能采用法兰连接去实现材料的分界。解决或缓解碳钢与不锈钢接头缺陷的办法是采用高铬镍焊接材料。高铬镍焊接材料可以补偿碳钢对不锈钢的稀释作用，同时镍又能阻止碳的迁移。焊接接头最好进行焊后热处理，以消除马氏体可能带来的延迟裂纹。284 压力管道技术施工安装4、铬钼钢和不锈钢的焊接铬钼钢与不锈钢的焊接既具有碳钢与不锈钢焊接相似的特殊问题，又具有铬钼钢本身可焊性差的问题，并且这样的接头又是用在使用条件较苛刻（一般是用在高温下，例如加热炉炉管与工艺管道的连接处）的情况下，故工程上应力求避免这种接头的出现。如果不可避免铬钼钢与不锈钢的连接时，应采用法兰连接。思考题：1、常用的焊接参数有哪些？2、如何选择焊条直径、焊接电流和焊接速度？3、试述常用的焊接材料种类及其特点？4、试述常用焊条的表示方法？5、为什么焊接前要进行焊条的烘干？6、压力管道中常用的焊接接头有哪些？各有何特点？7、压力管道中，常用的焊接坡口型式有哪些？各有何特点？8、常用的焊接坡口制备方法有哪些？各有何特点？9、焊前预热的目的是什么？10、焊后热处理的目的是什么？11、常用的焊后热处理方法有哪些？12、什么叫材料的可焊性？13、直流电焊机和交流电机焊机各有何特点？14、试述铬钼钢的焊接特点？15、试述碳钢和不锈钢异种钢的焊接特点？第三节常用压力管道施工规范介绍目前，国内已发布的有关管道的施工规范是比较多的。就以综合性的施工规范来说，就有GB50235、GB50236等国家标准和SH3501、HG20225、CCJ28、CCJ33等行业标准，当承担国外的设计项目时，还将用到ANSIB31.3、ANSIB31.4等规范，辅助性的单项施工标准则更多。为了便于读者查阅，本书在附录F10-2中给出了常用施工标准明细表。各个行业的标准之间，既有相同之处，也有差异，从而给工程应用带来了麻烦。实际上，就压力管道的施工来说，完全可以统一为一个标准。我们期待着《压力管道安全监察技术规程》快点出台，并在此基础上统一各行业的设计标准、应用标准和施工规范。本书就以常用的施工规范进行对比介绍，并利用相关理论进行评述，以便读者能够很好地理解和执行规范。GB50235和SH3501这两个综合性的施工规范是目前石油化工生产装置建设中最常用的规范。在这里，不准备就规范的具体内容都进行对比介绍，只对其核心的部分进行对比介绍和评述。至于HG20225施工标准，与上两个规范的内容差别不太大，有兴趣的读者只要将其对应内容拿到这里对比就可明白了。一、适用范围及管道分类1、适用范围GB50235规定：它适用于设计压力不大于42MPa、设计温度不超过材料允许使用温度的工业金属管道工程的施工及验收。不适用于核能装置的专用管道、矿井专用管道和长输管道。SH3501规定：它适用于石油化工企业设计压力为400Pa(绝压)~42MPa(表压)284 压力管道技术施工安装、设计温度为-196℃~850℃的剧毒（毒性程度为极度危害和高度危害）、可燃介质钢制管道的新建、改建或扩建的施工及验收。不适用于长输管道及城镇公用燃气管道的施工及验收。由上面的规定可知，SH3501的规定加了许多限制性定语，故其使用范围比较小，主要是考虑了行业的特点。但在一个装置内，仅用这样一个施工标准是不够的，例如对于公用工程管道的施工尚须借助于GB50235标准的支持，而GB50235相应的使用范围就比较宽。总起来说，两个标准的使用范围规定都不具体。就以GB50235来说，对于城镇公用燃气管道和热力管道、锅炉管道、设备本体和受火焰加热的管道、成套冷冻系统的管道等都可认为能执行GB50235规范，事实上该规范的内容很少有针对上述一些特殊情况的特殊要求。相比之下，ANSIB31.3标准给出的使用范围就更明确、更具体。ANSIB31.3规定的适用范围如下：a、对带压和真空系统管道的设计、施工等提出了最低限度的要求；b、适用介质除不适用范围规定的具体情况以外，它包括液化固体在内的所有流体的管道系统；c、适用范围除不适用范围规定的具体情况外，包括石油化工厂资产范围内的全部管道；d、对于适合其它规范的管道，当它位于装置内时，仍可执行该规范。ANSIB31.3不适用的范围如下：a、成套冷冻装置的管道；b、介质压力等于或大于零但小于103KPa，温度为-29℃~186℃，介质为不可燃、无毒的管道系统；c、属于锅炉规范（ANSIB31.1）范围内的管道；d、受火焰直接加热的管道；e、附属于设备、泵、压缩机等设备的内部管道；f、属于用户资产内的管道，或已被划为B31.4、B31.8规范，或相应政府管辖的管道；g、卫生管道和下水管道；h、按保险公司或防火工程标准规定的消防系统管道。注：为了便于理解，这里没有按原文摘取。2、管道的分类和分级GB50235标准在修订前是进行管道分类的，但在1997年修订之后取消了分类。SH3501标准根据输送介质的条件将管道共分为SHA、SHB（SHBⅠ、SHBⅡ）两级，详见表10－4所示。表10－4SH3501标准的管道分级管道级别适用范围SHA1、毒性程度为极度危害介质管道2、设计压力等于或大于10MPa的SHB级介质管道SHBSHBⅠ1、毒性程度为高度危害介质管道2、设计压力小于10MPa的甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烃、甲B类可燃液体介质管道3、乙A类可燃液体介质管道SHBⅡ1、乙B类可燃液体介质管道2、丙类可燃液体介质管道284 压力管道技术施工安装对压力管道进行分类分级，便于对管道设计、制造、施工和检查试验的操作，因此分类分级是有必要的。但目前我国各行业对管道的分类分级的方法太多，前后也不衔接，从而给压力管道的安全监察和管理带来了麻烦。笔者认为，无论是设计标准、施工标准还是检查试验标准，都应统一到《压力管道安全监察技术规程》上来。纵观ANSIB31.3标准，它是一个集设计、制造、施工、检查和验收于一身的综合性技术标准。因此，在对管道进行统一分类之后，它贯穿于设计、制造、施工、检查和验收各个环节，给各个环节的操作和执行提供了方便。ANSIB31.3标准名义上仅将管道分为M类和D类两大类，实质上它还隐含了将M类管道分为“非剧烈循环”和“剧烈循环”两种情况，并在设计、制造、施工、检查试验各个环节都对这两种情况提出了不同的要求，因此，设计文件中只要给出了这样的标识，那么各环节将按照相应的要求去实施。二、管道及其元件安装前的检验GB50235大致规定了以下的检验内容：a、检验到货产品的质量证明书等制造文件，并符合相应标准和设计文件要求；b、合金钢管道应进行光谱分析，对合金钢阀门内件每批至少应抽查一件；c、对阀门应逐个或者按比例抽出若干个进行压力试验和密封性试验；d、对安全阀、夹套阀、低温管道元件均应进行调试或抽检；等等。SH3501标准大致规定了以下检验内容。a、检查到货产品的质量证明书等制造文件，并符合相应的标准和设计文件要求；b、逐件进行外观检查；c、关键的合金钢管道元件应进行光谱分析；d、低温管道元件应有低温冲击韧性试验值，否则应补做试验；e、对奥氏体不锈钢，当无晶间腐蚀试验报告时，应补做；f、阀门应逐个进行压力试验和密封试验，合金钢阀门还应进行光谱分析，只有当制造商取得API认证，并经用户到制造厂进行验收后，上述项目才免做；g、合金钢螺栓应逐个进行光谱分析；等等。由此可见，上述两个标准都对管道元件在安装前的检验提出了具体要求，这不能不说是我国特有的规定。按照国际惯例，产品的质量应由制造商来保证，无论是在运输、施工还是使用过程中（在性能保证期内）出现任何由于制造而带来的问题，都应由制造商负责。一个合格的管道元件，首先应由设计人员提出详细、明确的制造技术要求，采购人员通过调查和了解确认合格的制造商，验收人员对产品的最终质量进行了验收，此时，一个合格的产品就交给了施工现场。到现场后由用户再花时间、花精力对产品进行检验无疑是重复劳动，也是责任不清的体现。查看ANSIB31.3标准，没有任何有关这方面的要求，因此我国的施工规范中是否提这些方面的要求值得商榷。当然，作为长期从事石油化工管道设计的作者，也深知我国目前的压力管道元件的采购、制造等各方面尚存在着许多漏洞，如果不加强安装前的检查容易出现问题，而且很多施工现场都出现了类似的问题。但是作者认为将这些内容列入产品标准的检查验收内容中更好些，因为制造厂的检查试验条件更好些，而且也省去了如果产品不合格而往返搬运的时间和费用。三、管道的焊接与检验在这项内容当中，两个标准之间差别较大的地方主要有焊缝的位置要求、焊接坡口加工方法的规定、焊后热处理规定和焊缝的检验规定。1、焊缝的位置要求GB50235规定了焊缝的位置应符合下列要求：a、直管段上两对接焊口中间面之间的距离，当管子的公称直径大于或等于150mm284 压力管道技术施工安装时，不应小于150mm，当公称直径小于150mm时，不应小于管子外径；b、对于煨弯管道，其焊缝距起弯点不得小于100mm，且不得小于管子外径；c、卷管的纵向焊缝应置于易检修的位置，且不宜在管子的底部；d、环焊缝距支吊架净距不应小于50mm。需热处理的焊缝距支吊架不得小于焊缝宽度的5倍，且不得小于100mm；e、不宜在管道焊缝及其边缘上开孔；f、有加固环的卷管，加固环的对接焊缝应与管子纵向焊缝错开，其间距不应小于100mm，加固环距管子的环焊缝不应小于50mm。SH3501对焊缝的位置规定如下：a、除采用无直管段的定型弯头外，管道焊缝的中心与弯管起弯点的距离不应小于管子的外径，且不小于100mm；b、环焊缝距支吊架净距不应小于50mm。需热处理的焊缝距支吊架不得小于焊缝宽度的5倍，且不得小于100mm；c、直管段两环焊缝间距不应小于100mm，且不小于管子外径。除定型管件外，其它任意两焊缝间的距离不应小于50mm。由上面的规定可以看出，两个标准均对焊缝距非标弯头的起弯点的距离、距支吊架的距离、两相邻环焊缝的距离提出了要求，而且要求不尽相同。如果在解释这些规定的原因时，对于距支吊架的距离要求可认为是由于焊缝是薄弱区，应离开集中载荷远一些。对于其它规定，则显得缺乏理论依据。如果是考虑焊缝之间的热影响的话，从上节中我们已经知道，焊缝及其热影响区的最大尺寸范围对气焊是22mm，对电弧焊弧则不超过6mm，那么上述的最小要求则远远大于这个尺寸。如果是考虑热处理影响的话，那么对相邻较近的焊缝可以一起进行热处理，故也不必要求那么大的间距尺寸。对于焊缝与弯头起弯点的距离，如果是非标弯头，例如煨弯，那么此时弯管部分的应力集中系数更小，而柔性系数则比标准弯头更大，也就是说此时的应力集中问题更小些，因此更没有必要规定焊缝的距离。查看ANSIB31.3标准，也没有见到有这方面的规定。作者曾多次遇到过这样的情况：当管件的直径较小时，若采用最小连接（工程上常这么做），那么焊缝间距往往达不到上述标准要求。2、焊接坡口的加工方法GB50235标准规定：管道坡口的加工宜采用机械加工方法，也可采用等离子弧、氧－乙炔焰等热加工方法。采用热加工方法加工坡口后，应除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并将凹凸不平处打磨平整。SH3501标准规定：a、SHA级管道的管子，应采用机械方法加工；b、SHB级管道的管子，宜采用机械方法加工。当采用氧－乙炔焰或等离子切割时，切割后必须清除影响焊接质量的表面层。由此可以看出，二者的要求差别较大。但笔者认为二者都有值得商榷的地方。对于GB50235来说，其条文解释中讲到：“火焰切割已能达到要求，故不必具体规定。”如此说来，标准的该条不出现也好，具体采用何种方法由施工技术人员确定即可。而SH3501规定了仅SHA级管子应采用机械切割，其它不作强制性规定。从SHA级管道的的定义中可知，如果介质为剧毒介质，那么此时的管子材料可能是可焊性较好的一般性材料（因为对剧毒介质来说，可能其压力和温度都不高，而仅是管道等级高一些）。从理论讲，对于淬硬性强、壁厚较厚和贵重的材料，应采用机械切割方法，以达到减少焊裂危险和节约贵重材料的目的。因此说，对于坡口的加工方法（包括管子的切割方法）进行详细的规定是必要的，而且主要应根据不同的材料来规定加工方法。有关这方面的理论见本章第二节所述。3、焊后热处理284 压力管道技术施工安装SH3501标准对焊后热处理的规定详见表10－3所示。GB50235和SH3501标准对焊后热处理的规定都不太全面，工程上经常遇到超出标准规定的情况。有关这方面的理论见本章第二节所述。4、焊缝的无损检验GB50235对管道焊接接头的射线和超声波检验规定如下：a、下列管道焊缝应进行100%射线照相检验，其质量等级不得低于Ⅱ级：¬输送剧毒流体的管道；输送设计压力大于等于10MPa或设计压力大于等于4MPa且设计温度大于等于400℃的可燃流体、有毒流体的管道；®输送设计压力大于等于10MPa且设计温度大于等于400℃的非可燃流体、无毒流体的管道；¯设计温度小于-29℃的低温管道；°设计文件要求进行100%射线照相检验的其它管道。b、输送设计压力小于等于1.0MPa且设计温度小于400℃的非可燃流体管道、无毒流体管道的焊缝，可不进行射线照相检验；c、其它管道应进行抽样射线照相检验，抽检比例不得低于5%，其质量等级不得低于Ⅲ级。或者抽检比例和质量等级按设计文件的要求进行。d、经建设单位同意，管道焊缝的检验可采用超声波检验代替射线照相检验，其检验数量应与射线照相检验数量相同；SH3501对管道焊接接头的无损检验规定如下：a、管道焊接接头无损检验后焊缝缺陷等级的评定，应符合现行JB4730《压力容器无损检测》的规定；射线透照质量等级不得低于AB级。焊接接头经射线检测后的合格标准为：SHA、SHBⅠ级管道的焊接接头Ⅱ级为合格，SHBⅡ级管道的焊接接头Ⅲ级为合格；超声波检测时，焊接接头经检测后的合格标准为：SHA、SHBⅠ级管道的焊接接头Ⅰ级为合格，SHBⅡ级管道的焊接接头Ⅱ级为合格；b、当设计未规定时，每名焊工焊接的同材质、同规格管道的焊接接头射线检测百分率，应符合表10-5的规定，且不少于一个焊接接头。当管道的公称直径等于或大于500mm时，其焊接接头射线检测的百分率，应按每个焊接接头的焊缝长度计算。表10-5焊接接头射线检测百分率管道级别设计条件检测百分率（%）合格等级压力（表压），MPa温度（℃）SHA100Ⅱ≥4＞400100Ⅱ＜-29SHBSHBⅠ≥4-29～40020Ⅱ＜4＞400＜4-29～40010ⅡSHBⅡ5Ⅲ注：¶设计压力小于4MPa（表压）的管道中，包括真空管道；·甲A类液化烃管道的焊接接头，射线检测数量不应少于20%；¸高度危害介质管道的焊接接头，射线检测数量不应少于40%；¹在被检测的焊接接头中，固定焊的焊接接头不得少于检测数量的40%284 压力管道技术施工安装，且不少于一个。c、每名焊工焊接的同材质、同规格管道的承插焊和跨接式三通支管的焊接接头，应采用磁粉检测或渗透检测，抽查数量应符合这样的要求：SHA级管道不应少于30%，SHBⅠ级管道不应少于10%，SHBⅡ级管道不应少于5%，且不少于一个焊接接头。从上面的规定中可以看出，两个标准在检验数量、合格等级（二者的I、II、III级的概念不同）上的规定差别是比较大的。事实上，就我国的现行标准来说，有关的无损探伤分级标准和应用标准是比较多的，其中GB3323就是典型的钢熔化焊对接接头的射线探伤标准。不同的无损检验标准，其内容总存在一些差异，故有关部门应清理并统一这些标准，以便于设计、施工等各方的执行。关于检验数量，笔者认为应给设计人员多留些选择的余地。因为石油化工生产中所操作的介质千差万别，对于不同介质和不同操作环境中应用的管道，应如何对焊缝质量提出要求，设计人员是最清楚的。例如对于有应力腐蚀开裂的场合，对于剧烈循环场合（即交变应力变化频繁的情况）、低温工况等，不是用简单的管道分级所能包括的，此时应由设计人员根据具体的介质情况确定，最终做到既经济又可靠。四、管道的压力及密封试验纵观两个施工标准，二者在压力和密封试验方面的规定差别不大，为了便于读者的了解和掌握，在此也对比给出。1、压力试验a、压力试验应具备的条件。GB50235和SH3501标准规定相同，如下：¬管道系统全部按设计文件安装完毕；管道支吊架的型式、材质和安装位置正确，数量齐全，紧固程度和焊接质量合格；®焊接及热处理工作已全部完成；¯焊缝及其它应检查的部位，不应隐蔽；°试压用的临时加固措施安全可靠。临时盲板设置正确，标志明显，记录完整；±合金钢管道的材质标记明显清楚；²试压用的检测仪表的量程、精度等级、检定期符合要求；³有经批准的试压方案，并经技术交底。b、液体试验压力和气体试验压力GB50235标准规定：¬承受内压的地上管道及有色金属管道，其试验压力应为设计压力的1.5倍。埋地钢管道的试验压力应为设计压力的1.5倍，且不低于0.4MPa；当管道与设备作为一个系统进行试验，而且管道的试验压力等于或小于设备的试验压力时，应按管道的试验压力进行试验；当管道试验压力大于设备的试验压力，且设备的试验压力不低于管道设计压力的1.15倍时，经建设单位同意，可按设备的试验压力进行试验；®当管道的设计温度高于试验温度时，试验压力应按下式计算：Ps=1.5P[σ]1/[σ]2式中：Ps……试验压力（表压），MPa；P……设计压力（表压），MPa；[σ]1……试验温度下管材的许用应力，MPa；[σ]2……设计温度下管材的许用应力，MPa。当[σ]1/[σ]2大于6.5时，取6.5。当Ps在试验温度下产生超过管材屈服强度的应力时，应将试验压力Ps284 压力管道技术施工安装降至不超过管材屈服强度时的最大压力；对位差较大的管道，应将试验介质的静压力计入试验压力中。液体管道的试验压力应以最高点的压力为准，但最低点的压力不得超过管道组成件的承受能力；对承受外压的管道，其试验压力应为设计内、外压力之差的1.5倍，且不低于0.2MPa；夹套管内管的试验压力应按内部或外部设计压力的较高者确定。夹套管外管的试验压力应按上述第¬条的规定确定。承受内压的钢管及有色金属管的气压试验压力应为设计压力的1.15倍，真空管道的试验压力应为0.2MPa。当管道的设计压力大于0.6MPa时，必须有设计文件规定或经建设单位同意，方可用气压进行压力试验。SH3501标准规定：真空管道的试验压力为0.2MPa；液体压力试验的压力为设计压力的1.5倍。气体压力试验的压力为设计压力的1.15倍。对于设计温度高于200℃的管道试验压力，应按下式计算：Pt=KPo[s1]/[s2]式中：Pt……试验压力，MPa；K……系数，液体压力试验取1.5，气体压力试验取1.15；Po……设计压力，MPa；[s1]……试验温度下材料的许用应力，MPa；[s2]……设计温度下材料的许用应力，MPa；管道压力试验时的应力值应符合下列要求：液体压力试验时，不得超过试验温度下材料屈服点的90%；气体试验时，不得超过试验温度下材料屈服点的80%。c、压力试验过程及合格标准GB50235和SH3501标准规定基本相同，如下：液压试验时，应缓慢升压，待达到试验压力后，稳压10分钟，再将试验压力降至设计压力，停压30min，以试验系统压力不降低、管道无渗漏为合格。气压试验时，应逐步缓慢增加压力。当压力升至试验压力的50%时，稳压30min，如果未发现管道出现异常或泄漏，可继续按试验压力的10%逐级升压，每级稳压3min，直至升到试验压力。在试验压力下稳压10min，再将压力降至设计压力，然后用中性发泡剂对试验系统仔细巡回检查，以无泄漏为合格。2、泄漏性试验a、试验范围GB50235标准规定：输送剧毒流体、有毒流体、可燃流体的管道应做泄漏性试验。SH3501标准规定：按设计文件要求进行。若设计未规定时，SHA级管道、SHBI级管道以及输送乙B类可燃液体介质的管道应做泄漏性试验。b、试验介质GB50235标准规定：宜采用空气。当设计文件规定采用其它介质时，按设计规定的介质进行。SH3501标准规定：宜采用空气。c、试验压力GB50235标准规定：为设计压力。SH3501标准规定：为设计压力。对于真空管道，则为0.1MPa。d、试验过程及合格标准GB50235和SH3501标准规定基本相同，如下：试验时，应缓慢升压，达到试验压力后，仃留10284 压力管道技术施工安装分钟，用涂刷中性发泡剂的方法，巡回检查阀门填料函、法兰和螺纹连接处、放空阀和排气阀、排水阀等密封点，以无泄漏为合格。对真空管道，应进行增压率考核，考核时间为24h，以增压率不大于5%为合格。3、几点说明a、对于不能进行水压和气压试验的管道，GB50235规定了可以用无损探伤代替。而SH3501标准中却没有相应的规定。事实上，实际的生产装置中，经常碰到既不能做水压试验又不能做气压试验的管道，例如隔热耐磨衬里管道。b、二者的水压试验压力的限制有所不同。GB50235标准规定水压试验产生的应力不允许超过材料的屈服极限，而SH3501则规定不允许超过材料屈服极限的90%。从理论上讲，很难说哪个标准更科学，因为它所规定的都是最大值。一般情况下，压力试验时，以不导致材料受到损伤为原则。但受结构的影响，难免有应力集中的问题，管道制造和焊接施工中的缺陷也在所难免，当管道元件壁厚较厚时，还将在其横截面上产生应力梯度。这些问题的存在都使得在管道平均应力（薄膜应力）尚未达到材料屈服极限时，局部可能已达到屈服。对于塑性不太好的材料，此时容易造成材料的损伤。而这些因素的影响又是很难定量测算的，故从这个角度讲，水压试验的压力并不是越大越好。另外，标准中规定的试验压力在工程上对每根管道很难实现，这是因为实际的管道试验很少是逐根单独进行的，而常常是将几根操作条件相近的管道串联起来进行，有时甚至将相关设备串起来试验，，此时应以被试验的管道中最小的试验压力进行试验。显然，两个标准都没有对这种情况给出指导性意见。思考题1、GB50235标准的适用范围如何？2、SH3501标准的适用范围如何？3、ANSIB31.3标准的适用范围如何？4、SH3501标准是如何将管道进行分级的？5、GB50235和SH3501标准是如何对焊缝位置进行规定的？6、SH3501标准对焊缝坡口的加工方法是如何规定的？7、SH3501标准对常用材料的焊后热处理是如何规定的？8、GB50235和SH3501标准对管道的压力试验介质是如何规定的？9、GB50235和SH3501标准对管道的压力试验压力是如何规定的？10、GB50235和SH3501标准对管道的压力试验过程和结果是如何规定的？11、GB50235和SH3501标准规定了哪些管道应进行气体泄漏性试验？第四节设计人员在施工中的任务在施工过程中，设计单位应派设计代表进驻施工现场配合施工，解决施工过程中出现的与设计有关的技术问题，对保证工程建设质量、加快工程建设进度都有重要意义。在设计代表进驻施工现场之前，设计部门尚应安排设计文件的技术交底工作，通过设计文件的介绍，有助于施工人员对设计意图的了解，对重点、难点部分有充分的认识，从而更合理、有效、科学地安排施工。一、设计文件的技术交底应该说，设计对于施工的要求，应在设计文件中全面的、详尽地表达出来，不应指望一些问题在交底会上才进行说明。也就是说，施工交底不能代替设计文件的完整性，而只是一个程序的交接，并为施工提供一些方便。为此，设计文件的技术交底应包括以下几个方面的内容。内容中与材料采购、开车运行等施工以外的部分在此不再给出。1、装置的概况284 压力管道技术施工安装一般情况下，装置的概况应由装置总设计师介绍，主要介绍装置的生产规模、工艺流程、物料特点和主要设备台件等内容。生产规模和主要设备台件反映出了对施工机具能力的要求。如果生产规模小，设备规格和重量小，那么其管道的尺寸一般也较小，所需要的施工机具能力也比较小。反之，则应考虑投入较大的施工机具；工艺流程特点和物料特点反映了装置的复杂程度和装置的危险性，从而决定了其工艺管道的等级要求。例如，如果工艺物料中有剧毒物质，那么施工人员就应针对这一特点特殊考虑其施工方法。如果装置为高压加氢装置，就意味着施工质量的高标准要求，因为高压装置中介质储能比较大，一旦因施工质量问题造成事故，其危害性要比低压装置大的多。2、平面布置的特点设备平面布置图是使人们建立实物概念的一个重要图纸文件。通过设备平面布置图可以了解整个装置的形貌和设备的位置，也为了解设计文件组成、了解装置与四周的关系提供了基础，它也是施工顺序、施工空间安排等工作的基础。因此，通过设计人员的介绍，使施工人员建立起一个空间概念。3、设计文件组成一个中等生产规模的石化生产装置，其设计文件就可达数米厚。因此，如果施工承包商对设计单位的文件编制习惯不熟悉的话，要想快捷有效地了解全部设计文件，有时是很难的。目前，国内与国外、国内各行业之间甚至是各设计单位之间所采用的文件表达方式和图例各不相同，因此有必要就设计文件的组成、编排方式、应用图例等向施工人员交底，以利于施工人员的看图和识图。4、管道材料特点集中地介绍装置中所用材料的种类、牌号、材料标准、应用标准等，无疑会影响到其施工技术方案的编制和施工机具的配备、施工人员的安排等。例如，对于特种材料，施工人员应考虑是否安排焊接工艺评定，具备焊接资格的人员是否足够，是否需要对焊接人员进行培训和考核等。5、管道工程量管道工程量是施工作业计划编制的一个重要基础设计文件，也是施工费用计算的重要依据。6、施工标准上节中已经提到，有关的施工标准是很多的，有些标准是平行使用的，而又都存在一些差异。因此明确的提出施工所采用的标准是必须的。结合所选定的施工标准，就标准中需要设计确认的内容应向施工技术人员交待清楚。7、其它有关问题对于设计未完成部分、重点应强调的部分等问题应进行介绍，并对施工人员提出的有关问题进行协商，最后达成一致意见并写入会议纪要。二、处理施工中与设计有关的技术问题在施工过程中，可能会因为设计错误、材料代用等问题引起设计的变更，现场设计代表应及时对这些问题作出反应，并编制出相应的设计变更文件。从某种程度上来讲，处理现场施工中出现的与设计有关的技术问题，是设计部分的延伸。同时，现场设计人员还应协助建设单位做一些施工质量检查工作。1、处理因设计错误而引发的问题这一类问题中比较多的是错漏碰撞问题，其次是材料统计错误问题。对于错漏碰撞问题，设计代表根据施工进度安排，应尽可能预先发现问题并及时提出设计变更单，不要待施工已完成或由于施工无法进行时才发现，这样势必会造成返工，同时又造成材料的浪费。对于出现的设计错漏碰撞问题，设计代表在完成变更之后，尚应分析原因，并及时返馈给设计总部，以警示同样的错误在别的装置中再次发生。284 压力管道技术施工安装2、处理由用户提出的设计变更问题在装置施工的同时，建设单位的操作人员则正在积极地熟悉装置，并做装置开车的准备。他们在研究设计文件的基础上，有时会从操作角度提出设计变更。此时，现场设计代表首先应重视操作人员提出的问题，然后对问题进行分析，对于变更内容较小、对整个设计影响不大的问题，应满足操作人员的要求。对于变更内容较大，或者变更有困难时，应及时通报设计总部，并积极与操作人员进行研究，最终使问题得到处理。3、处理因材料供应困难而引起的设计变更问题这一类问题是最常见的问题。在材料采购中，经常会因为一时找不到货源或者是受施工周期的影响而无法及时供货时，材料供应部门往往会提出代换材料的问题。应该说，这类问题有时是技术性比较强的问题，它要求现场设计代表既熟悉被代用材料的应用工况，又要具备足够的材料知识，否则可能会带来意想不到或者后果严重的问题，许多事实都已证明了这点。遇到这样的问题，现场设计代表可及时与设计总部联系，寻求总部的技术支持。一般情况下，以高代低是材料代用的基本原则，但有时应充分考虑由此带来的新的问题。例如，当用大壁厚管道元件代替薄壁厚管道元件时，对于高温管道、大口径管道、与敏感设备相连的管道、有弹簧支吊架的管道等，由于管道刚度和重量的增加，可能会导致管系应力超标，或者对敏感设备嘴子的附加力超标，或者弹簧支吊架的负荷超标等问题，此时应重新核算上面的问题。当确认没有问题或者通过适当地设计变更能解决上面的问题时，才可以允代用。又例如，对于某种腐蚀环境，选用低材料可能是危害性不大的均匀腐蚀，而选用高等级材料，可能是危险性更大的应力腐蚀时，那么此时是不能代用的。在考虑材料代用时，还应注意经济性问题。4、了解和监督施工中设计文件的执行情况，并参与工程施工质量的检查从责任划分上来讲，这些工作内容并非是设计代表必做的工作。但鉴于设计人员对整个工程最熟悉，故设计代表应积极参与现场施工质量的检查和监督工作。事实已证明，设计代表在进行这方面的工作时有时是非常有效的。三、一些常见的施工问题为了便于设计人员能够更好的配合现场施工工作，在这里特列举一些常见的施工问题作以介绍。应该说，这些例子是多个施工现场的经验总结。1、管道隔热方面的问题常见的管道隔热方面的施工问题有下列两方面：a、管道在吹扫和水压试验前就进行了隔热施工例如，某施工现场为了赶施工进度，在尚未进行吹扫和水压试验时，已将一部分管道进行了隔热施工，甚至连法兰、阀门等都进行了隔热施工，结果在管道吹扫和水压试验过程中，从密封接头处由于偶然因素泄漏出来的水淋湿了一些隔热材料。我们知道，隔热材料是不能湿水的，湿水后的隔热材料不仅直接降低其隔热效果，还容易引起它的损伤或失效。因此，在管道吹扫和水压试验前不能进行管道的隔热。b、法兰、阀门等栓连密封处在开工初期就进行了隔热施工例如，某现场开工初期就对法兰、阀门等栓连密封处进行了隔热，这也是不妥的。开工初期，随着介质温度的升高，管道将发生一系列形状、位置等变化，同时由于应力松驰原因，栓连密封处密封效果开始下降，并由此可能导致介质的泄漏。因此，开工初期要对泄漏点进行检查，同时也要对栓连密封处进行热紧。而一旦栓连密封处进行了隔热，不便于上述工作的进行。2、管道防腐方面的问题常见的管道防腐方面的施工问题有下列几个方面：a、管道的除锈等级及防腐涂层厚度达不到要求284 压力管道技术施工安装应该说，管道防腐方面最大的问题是没有引起施工人员的重视。一些人认为，管道的防腐与管道的可靠性距离较远，而且管道的防腐施工容易进行。因此造成管道防腐施工的随意性较强，防腐效果往往达不到要求，以致不得不经常、多次对管道涂漆。事实上，如果管道的防腐施工没有达到标准要求，既不利于对管道的保护，又增加了施工的工作量和施工费用。许多施工现场的实际情况表明，防腐施工的质量问题主要表现在防腐前的除锈等级和防腐蚀涂装厚度达不到要求，以致防腐涂料的使用寿命较短。一般情况下，如果施工质量达到标准要求的话，涂料的使用寿命应不低于3年，日本的标准规定是（3~5）年。SH3022标准给出了较为具体的防腐蚀设计和施工的要求，其主要要求如下：对于管道表面的原始锈蚀等级，SH3022标准引用于GB8923标准的分级方法共将它分为A、B、C、D四级。其中，A级是指金属材料表面全面覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面；B级是指已经发生锈蚀，且部分氧化皮已经剥落的钢材表面；C级是指已因锈蚀而剥落或可以刮除，且有少量点腐蚀的钢材表面；D级是指氧化皮已因锈蚀而全面剥离，且已普遍发生点蚀的钢材表面。对于管道的除锈等级，标准共给出了St1、St2、St3、Sa2、Sa2.5、Sa3五级。其中，St2级是指彻底的手工和动力工具除锈。除锈后钢材表面无可见的油脂和污垢，且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物；St3是指非常彻底的手工和动力工具除锈，除锈后无可见的油脂和污垢，且没有附着不牢的氧化皮、铁锈、油漆涂层等附着物，除锈比St2级更彻底，底材显露部分的表面应具有金属光泽；Sa2级是指彻底的喷射或抛射除锈。除锈后，钢材表面无可见的油脂和污垢，且氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物已基本清除，其残留物应是牢固附着的；Sa2.5级是指非常彻底的喷射和抛射除锈。除锈后，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留物应该是点状或条状的轻微色斑。地上管道的防腐涂层厚度除与环境对钢材的腐蚀程度有关外，还与所采用的涂料种类有关。一般情况下，地上管道的防腐涂层厚度应符合表10－6规定：表10－6地上管道防腐涂层干膜总厚度（µm）腐蚀程度室内室外重要部位，维修困难部位强腐蚀³200³250增加涂装道数1~2道中等腐蚀³150³200弱腐蚀³80³120埋地管道的土壤腐蚀性等级及防腐蚀等级划分见表10－7所示。表10－7土壤腐蚀性等级及防腐蚀等级划分土壤腐蚀土壤腐蚀性质防腐蚀性等级电阻率含盐量含水量电流密度PH值等级W·m%(重量)%(重量)mA/cm2强<5070.75>12>0.3<3.5特加强级中50~1000.75~0.055~120.3~0.0253.4~4.5加强级弱>100<0.05<5<0.0254.5~5.5普通级埋地管道的防腐蚀涂层可以采用石油沥青缠玻璃布或环氧煤沥青防腐漆两种。不同的防腐蚀等级其防腐蚀涂层的遍数和厚度不同的。b、高温管道的防腐涂料选用不合适对于隔热管道尤其是保温管道的防腐，经常发现设计或施工现场选用了高温防腐涂料，实际上这是忽视了保温情况下防腐的主要目的。在正常的生产情况下，即保温材料已施工284 压力管道技术施工安装完好的情况下，管道的防腐实际上是由保温材料来完成的，而无需由防腐涂料来完成。况且大多数防腐涂料是不能耐高温的，最高耐温涂料如有机硅也只不过耐400℃的温度，因此说高温情况下，高温防腐涂料的防腐也是不可靠的。保温管道之所以要进行防腐，主要是在隔热材料施工之前起到防腐蚀的作用。因此，此时选择常规的防腐涂料即可，而且仅用底漆。作为特例，对于沿海潮湿地区，当管道温度不超过400℃时，可考虑选择高温防腐涂料，以防止停工检修时造成管道的腐蚀。高温防腐蚀涂料的价格一般是常规防腐涂料数倍甚至十几倍。c、管道焊缝在未进行无损检验之前就进行了防腐同隔热情况一样，一些施工现场为了赶施工进度，常在管道尚未对焊缝进行检查试验之前就进行了防腐。防腐涂料会影响对焊缝表面质量的检验，因此，在对焊缝尚未进行外观、磁粉、液体渗透检查之前，不能对其进行防腐涂刷。3、支吊架施工方面的问题常见的管道支吊架方面的施工问题有下列几个方面：a、在不允许现场施焊的设备上焊接了临时支吊架对于不允许现场施焊的设备，如高压设备、合金钢材料制造的设备、有应力腐蚀开裂倾向的设备等，一些施工现场有时出现管道的临时支架、脚手架焊到这些设备上的情况。这种做法是不允许的，有时甚至会带来严重的后果。例如，某一施工现场曾出现过这样一个情况：高压加氢的高分罐在施工时，施工人员没有按设计要求将罐的立梯焊在垫板上，而是直接焊在了罐壁上。由于罐壁厚度较大（壁厚达200mm左右），焊接时会产生一个较大的温度梯度，从而造成了一个较大的焊接应力。而该高分罐处于低温硫化氢腐蚀环境下，因此这个焊接应力容易导致罐体的应力腐蚀开裂。又由于高分罐储存有高压的烃和氢气，一旦破裂会产生重大的事故，后果将不堪设想。显然，运到现场的大型设备是无法进行整体热处理的，而局部热处理又将会造成一个新的温度梯度，从而产生新的热应力。可见这类施工错误是非常严重的。b、弹簧支吊架的安装达不到设计要求弹簧的安装问题是施工现场最常见的问题，主要表现在以下两个方面：其一是弹簧安装前没有定位销，安装载荷没有达到要求；其二是弹簧吊架的吊杆没有拉紧，实际的安装荷载没有达到要求。弹簧支吊架是用于调整管道载荷分配的元件，而载荷的分配与弹簧的初始安装载荷有关，是经过详细应力计算确定的。如果初始安装载荷过大或过小（通常是偏小），都会影响到管道的载荷分配，进而影响到相连设备嘴子的附加力。因此在进行弹簧安装时，一定要按设计要求安装弹簧支吊架。c、支吊架的焊接不符合设计要求支吊架的焊接不严格又是施工现场经常出现的另一类错误。一些施工人员认为，支吊架不是承压元件，其施工的好坏对管道的影响不大。其实这么认识支吊架的作用是非常错误的。由第八章中的介绍可知，支吊架的好坏会直接影响到管道的安全，因此施工时应严格按设计文件进行。常见的焊接问题有：焊缝长度和面积不够，有时甚至为点焊。焊缝长度或面积不够时，容易使支吊架损坏或脱落，使支架形同虚设，这种情况有时会带来严重的后果。笔者在对某生产装置进行回访时，发现一往复式压缩机出口管道振动很厉害，在查其原因时发现，该支架的底座与混凝土预埋垫板因焊接面积不够而已经分离。这一情况幸亏发现的比较早，如果发现的比较晚，管道会在较大的振幅下迅速破坏，从而酿成生产事故。思考题1、设计技术交底的主要内容有哪些？2、设计代表在施工现场的主要任务有哪些？3、SH3022标准对管道的锈蚀等级是如何分级的？284 压力管道技术施工安装4、SH3022标准对管道的除锈等级是如何分级的？5、SH3022标准对土壤的腐蚀等级和防腐蚀等级是如何划分的？6、SH3022标准对地上管道防腐蚀涂料的干膜厚度是如何规定的？附录F10－1常用管道焊接坡口型式及尺寸常用管道焊接坡口型式及尺寸见表F10－1表F10－1常用管道焊接坡口型式及尺寸284 压力管道技术施工安装表F10－1（续）284 压力管道技术施工安装附录F10－2常用管道施工标准GBJ126工业设备及管道绝热施工及验收规范GB985气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB986埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸GB50184工业金属管道工程质量检验评定标准GB50235工业金属管道工程施工及验收规范GB50236现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范JB4708钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709钢制压力容器焊接规程JB4730压力容器无损检测SHJ502钛管道施工及验收规范SHJ505炼油、化工施工安全规程SHJ509石油化工工程焊接工艺评定SHJ517石油化工钢制管道工程施工工艺标准SHJ514石油化工设备安装工程质量检验评定标准SHJ518阀门检验及管理规程SHJ520石油化工工程铬钼耐热钢管道焊接技术规程SH3501石油化工剧毒、可燃介质管道施工及验收规范SH3508石油化工工程施工及验收统一标准SH3010石油化工设备和管道隔热技术规范SH3022石油化工设备和管道防腐蚀技术规范SH3523石油化工工程高温管道焊接规程SH3525石油化工低温钢焊接规程SH3526石油化工异种钢焊接规程284 压力管道技术施工安装SH3527石油化工不锈复合钢焊接规程SH3533石油化工给排水管道工程施工及验收规范HGJ20225化工金属管道施工及验收规范HGJ229化工设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范HGJ215绝热工程施工及验收规范FJJ211夹套管施工及验收技术规范CCJ28城市供热管网工程及验收规范CJJ23城镇燃气输配工程施工及验收规范284