设备/管道焊接标准、缺陷及预防措施

焊接是不锈钢系统加工中最为普遍、最为重要的工序之一。焊接质量不合格是系统快速出现红锈或水质指标不符合要求的最主要原因。

本文将描述制药设备/管道焊接工作相关的质量控制点，参考ASME BPE-2014：

对于卫生级的不锈钢管道、管件和其他工艺部件的焊接工作，一般要求强制执行自动轨迹焊接，只有在无法执行轨迹焊接的位置才可以使用手工焊接。对于手工焊接的焊口需要进行严格的质量控制措施，对焊接设备、氩气质量、焊缝成型、焊缝颜色、焊缝表面粗糙度、坡度、死角等方面的要求也非常严格。

设置符合要求的专用洁净预制间用于洁净管道的材料放置和管道焊接预制，所有用于切割和不锈钢表面处理的器具应是316L不锈钢工作专用的，并与用于切割其他材料的工具分开；

切割管道的程序不应带入其他杂质(例如灰尘、油、袖脂等)或造成使管道遭到破坏的情形或使管道变得不圆等;

操作焊工应经相关劳动部门培训合格并持有焊接特种作业操作证，尤其对自动焊接作业的人员，不但要持有焊接作业操作证书，还应当对自动焊接设备有非常全面的了解，并且根据不同的洁净流体工艺系统需要进行专门的技术交底和质量培训。

因为我国对使用自动焊接设备进行焊接的人员没有强制性的资格评审制度，所以自动焊接人员的培训工作多由焊机设备厂家进行或者施工单位自己组织进行。

316L不锈钢材质的焊接应采用氩气保护焊，焊材的内外侧均需要充氩气进行焊接保护。

焊接过程中使用的氩气必须提供完整的质量证书，包括氧含量、水分含量和纯度。高纯的保护气体是焊接作业成功与否的重要因素，保护氩气的纯度要求不得低于99.99%，建议使用99.999%以上的氩气。

焊接后的焊样内壁的焊缝和热影响区不变色为氩气最佳保护效果。

焊接过程中需要严格控制焊接质量。管道切口完成后，必须用专用锉刀处理管口毛刺，并对管道焊口内外壁进行清洁处理(最好用无尘布蘸酒精进行擦拭)，完成后进行对口工作；焊口偏差量不得超过标准要求：内外壁偏差不得超过管道壁厚的15% (如下图)。

焊口点焊时的焊点应尽量小,并且不得出现连续的点焊现象，点焊应为尽量小的焊点，直径不能大于2.0mm。对于小于4in(10.16cm)的管道，建议临时焊点的数量不超过6个。

尤其关注不能自动焊接的焊缝，建议由优秀的焊工实施手工焊接。手工焊工在上岗作业前同样要通过技能考核(持证上岗)并做焊接试样确认。需要严格详细的质量确认。

自动焊接前，必须用同等的环境进行焊接试样确认，样品焊缝检验合格后，该焊接工艺参数即可用于正式焊接，并且注意焊样的存储，待施工完成后一并交予客户,焊样所采用的焊接参数与现场操作相一致。

焊接作业完成后，需要对完成的焊缝进行消理，将焊缝外部涂上酸膏，采用百洁布和清水(氯离子含量小于25mg/L) 将焊缝处清理干净。

焊接完成后，焊工应对其焊接完成的焊口进行100%自检，并需要相关的人员进行互检，对发现问题的焊口必须及时进行返修或采取相应措施。

焊接质量的放行需要通过内窥镜检查,内窥镜检查的比例为自动焊口的抽检比例(不低于20%),手工焊口需要100%检查。

外观检验应没有明显的内外凹凸(如下图)、没有严重的成型不均匀(如图)、没有蚀损斑、针孔、腐蚀标记和点同焊缝印记等。


常见的焊接缺陷

在焊接过程中，焊接气孔、未焊透与未熔合、固体夹杂、焊接变形与收缩、表面撕裂和磨痕等是最常见的焊接缺陷。

不合格焊缝（划痕）
（以上来源于 GMP办公室）


焊接外观缺陷的产生原因及预防措施

外观缺陷   
外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器,从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。

A、咬边   
是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。
产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。
咬边减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为裂纹源。

矫正操作姿势,选用合理的规范,采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。
焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。

B、焊瘤   
焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯),焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。

焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。同时,焊瘤改变了焊缝的实际尺寸,会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径,可能造成流动物堵塞。

防止焊瘤的措施:使焊缝处于平焊位置,正确选用规范,选用无偏芯焊条,合理操作。


C、凹坑  
凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。
凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短时间停留造成的(此时的凹坑称为弧坑),仰立、横焊时,常在焊缝背面根部产生内凹。

凹坑减小了焊缝的有效截面积,弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。

防止凹坑的措施:选用有电流衰减系统的焊机,尽量选用平焊位置,选用合适的焊接规范,收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动,填满弧坑。

D、未焊满  
未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱,焊条过细,运条不当等会导致未焊满。

未焊满同样削弱了焊缝,容易产生应力集中,同时,由于规范太弱使冷却速度增大,容易带来气孔、裂纹等。

防止未焊满的措施:加大焊接电流,加焊盖面焊缝。

E、烧穿  
烧穿是指焊接过程中,熔深超过工件厚度,熔化金属自焊缝背面流出,形成穿孔性缺。

焊接电流过大,速度太慢,电弧在焊缝处停留过久,都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大,钝边太小也容易出现烧穿现象。

烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷,它完全破坏了焊缝,使接头丧失其联接飞及承载能力。

选用较小电流并配合合适的焊接速度,减小装配间隙,在焊缝背面加设垫板或药垫,使用脉冲焊,能有效地防止烧穿。

F、其他表面缺陷:

(1)成形不良  指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高,表面不光滑,以及焊缝过宽,焊缝向母材过渡不圆滑等。

(2)错边       指两个工件在厚度方向上错开一定位置,它既可视作焊缝表面缺陷,又可视作装配成形缺陷。

(3)塌陷      单面焊时由于输入热量过大,熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落, 成形后焊缝背面突起,正面下塌。

(4)表面气孔及弧坑缩孔。




(5)各种焊接变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷O角变形也属于装配成形缺陷。

这些确实是管道施工中药注意的，感谢分享