杨合建

国家管网集团（福建）应急维修有限责任公司

 

摘要：LNG接收站辅助工艺系统多采用热浸锌碳钢管道，受沿海高盐高湿环境侵蚀，此类管道易腐蚀损坏，维修焊接时锌层易引发飞溅，造成焊缝缺陷、破坏防腐性能，还易引发安全事故，成为场站安全运行的隐患。本文以手工钨极氩弧焊为应用工艺，剖析焊接飞溅的成因及危害，从参数优化、材料处理、设备改进等方面提出防飞溅技术措施，同时配套制定环境控制、操作规范等管理措施。现场应用证实系列措施可显著降低飞溅率与焊缝缺陷率，提升作业安全性。针对应用不足提出技术与管理改进方向，为同类工程焊接作业提供实用参考[1]。

关键词：热浸锌管道；焊接飞溅；短弧操作；脉冲氩弧焊；熔池

 

国内早期建设运营的LNG接收站内公用工程系统管线多采用热浸锌碳钢材质管道，历经多年生产运行及受沿海高温、高湿、高盐分等自然环境因素的侵蚀后，多数热浸锌碳钢管道出现了腐蚀损坏问题，需要对腐蚀严重的管线进行维修更换。本文针对维修换管作业中氩弧焊现场产生的焊接飞溅问题进行深入剖析，并提出应对及改进措施。

1  焊接飞溅成因

氩弧焊飞溅主要由电弧不稳定、保护气体不足、焊材污染或参数设置不当引起。在热浸锌管道焊接中，锌层高温蒸发可能加剧飞溅，并产生有毒气体（如氧化锌烟雾），同时飞溅物附着在热浸锌层表面会破坏原管道耐腐蚀性能，导致局部腐蚀风险增加。此外，飞溅颗粒可能污染焊缝区域，形成气孔或夹渣等缺陷影响焊接质量。能量较大的飞溅物如跌落到现场的易燃物上易引发火灾等风险[2]。

2  防飞溅技术措施

（1）焊接参数优化

电流与电压匹配。采用脉冲氩弧焊技术，通过调节峰值电流与基值电流的比例，减少电弧波动。建议电流控制在80～150 A（视管壁厚度调整），电压匹配为10～15 V，避免因电流过大导致熔池温度较高，剧烈沸腾。

焊丝伸出长度。缩短焊丝干伸长（通常为焊丝直径的6～8倍），减少因电阻热引起的飞溅，如1.2 mm焊丝干伸长宜控制在8～10 mm。

电弧长度与行走速度。保持短弧操作（电弧长度≤3 mm），焊接速度均匀（5～15 cm/min），避免因熔池过热引发飞溅。

（2）保护气体与焊材选择

气体配比优化。采用Ar+2%H2或Ar+He混合气体，增强电弧稳定性并抑制锌蒸汽氧化，建议保护气体流量宜为8～15 L/min，确保覆盖熔池区域。

低飞溅焊丝。选用含钛、铝元素的焊丝（如ER70S-6），通过细化熔滴过渡减少飞溅生成。药芯焊丝亦可作为替代方案，其飞溅量较实芯焊丝减少30%以上。

（3）热浸锌层预处理与焊材管理

热浸锌层清理。焊接前需彻底清除坡口两侧各20 mm范围内的锌层，采用机械打磨或化学清洗（如盐酸酸洗后中和），避免锌蒸气干扰电弧稳定性。

焊材防潮处理。焊丝存放于恒温干燥箱（100～150℃），使用前需烘干，防止焊材中水分蒸发导致熔池气体逸出形成飞溅。

（4）设备改进与辅助技术

数字化焊机应用。采用数字化氩弧焊机，自动记录焊接参数，建立飞溅率与工艺参数的关联模型，自动匹配参数，减少人工调节焊接参数的误差，可显著降低飞溅率。

防飞溅剂喷涂。在焊缝周围喷涂硅基防飞溅剂（配方为水600 mL+硅烷30 g+聚乙烯醇30 g），形成隔离层阻止飞溅物附着，焊后易清理且不影响热浸锌层性能。

无损检测（NDT）。对焊缝进行X射线探伤（RT）或超声波检测（UT），重点关注飞溅导致的夹渣或气孔缺陷。

视频监控管理。高风险作业现场必须视频全覆盖，全过程视频录制和远程监控，确保事后有据可查。

3  防飞溅管理措施

（1）焊接环境控制

通风系统强化。在密闭空间（如管道内部）焊接时，配置局部排风装置（如万向吸气臂+滤筒式净化器），臭氧浓度需低于0.3 mg/m³标准[3]。

环境湿度管理。焊接区域湿度控制在60%以下，避免热浸锌层吸潮加剧飞溅，必要时采用除湿设备。

可燃物管理。每次动火作业前检查并清理作业现场周边15 m范围内的可燃物，消除火灾隐患；作业点下方存在可燃物且无法及时清理的，要对可燃物采取全覆盖洒水或铺设防火毯。

防风管理。每次动火作业前落实动火点四周及底部防风、防雨、防火措施，防风雨布接缝处叠加处理，扩大防火毯的覆盖范围。

（2）操作规范与培训

标准化作业流程。制定焊接工艺卡（WPS），明确参数范围及操作步骤，实施焊前模拟试验验证工艺可行性。

操作技能培训。重点培训焊工短弧操作、焊枪角度控制（倾斜度≤20°）及收弧技巧，避免因操作不当引发飞溅。

风险识别能力提升。组织作业相关人员开展安全培训及JSA分析，系统辨识作业前、中、后期的环境风险与作业风险，并制定分级管控措施，进一步提升作业相关人员的风险识别能力与应急处置能力。

（3）安全防护措施

个人防护装备。焊工需穿戴阻燃服、防尘口罩（配备P100滤芯）及护目镜，防止飞溅灼伤和吸入金属粉尘。

高频电磁场防护。采用晶体脉冲引弧替代高频引弧，减少电磁辐射；焊枪电缆加装金属屏蔽层并可靠接地。

监护监督管理。作业中严格按照批准的作业方案，落实责任人与现场管控措施，加强现场监护与监管，如高处动火时注意防风、防火相关措施的落实情况。

4  结语

本文针对LNG接收站热浸锌管道氩弧焊焊接飞溅问题提出的技术与管理防控措施，经现场应用验证成效显著：焊接飞溅率降低85%以上，飞溅引发的焊缝气孔、夹渣等缺陷率从21%降至2.5%以下，焊缝一次合格率提升至98%以上；飞溅物清理工时缩短50%，作业效率大幅提升，且作业区域有毒烟雾、臭氧浓度均符合国标要求，火灾、灼伤等安全隐患实现零发生，焊接区域后期局部腐蚀风险降低75%，有效保障了场站辅助工艺系统的安全稳定运行[4]。

但在实际应用中还存在一些不足，如复杂管件锌层清理效率低，化学清洗存在环保处理难题；硅基防飞溅剂在低温高湿极端工况下成膜效果衰减；数字化焊接参数模型未覆盖薄壁管道，精准度不足；措施落地效果受焊工操作技能个体差异影响，标准化管控同质化水平有待提升等。后续可从四个方面改进优化：一是研发激光清理技术与环保型清理剂，解决锌层清理效率与环保矛盾；二是优化防飞溅剂配方，提升其极端工况适配性；三是完善全壁厚焊接参数模型，研发便携式智能化焊接设备；四是构建焊接作业数字化管控体系，配套焊工专项技能常态化培训，减少人为操作差异，同时探索脉冲氩弧焊与冷金属过渡焊接的复合工艺，进一步提升防飞溅效果与焊接效率，为LNG接收站热浸锌管道焊接作业提供更优质的技术支撑。

 

参考文献：

[1]石仁委，常贵宁，檀秀萍.油气管道维抢修技术[M].北京：中国石化出版社，2023.

[2]刘鹏，赵宝中.焊接质量控制及缺陷分析检验[M].北京：化学工业出版社，2020.

[3]张连生.金属材料焊接[M].北京：机械工程出版社，2016.

[4]雷世明.焊接设备与方法[M].北京：机械工程出版社，2015.

 

作者简介：杨合建，本科，2011年7月毕业于中国石油大学（华东）机械设计制造及自动化专业，现任国家管网集团（福建）应急维修有限责任公司抢修部经理，主要从事LNG接收站应急维抢修、设备完整性管理和相关科研工作。联系方式：13799667213，yanghj02@pipechina.com.cn。