淺議大口徑長輸管道焊接質(zhì)量控制措施

劉海濤 付立智 劉洋 趙晶

摘要：本文通過對長輸管道焊接中常見的一些焊接質(zhì)量缺陷進(jìn)行分析，并總結(jié)了相應(yīng)的控制預(yù)防措施。從實(shí)際出發(fā)，對施工過程中的各質(zhì)量環(huán)節(jié)控制要素進(jìn)行討論，并結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：大口徑長輸管道；焊接；質(zhì)量控制；措施

1 長輸管道施工各工藝簡介

大口徑長輸管道壁厚一般都在8mm以上，采用多層焊接。打底和填充蓋面一般采用兩種焊接工藝。目前應(yīng)用最廣的就是纖維素焊條下向焊打底加半自動藥芯焊絲自保護(hù)下向焊填充蓋面工藝，由于全國大部分管道施工隊(duì)伍都使用此種工藝進(jìn)行施工。由于管徑大，輸送壓力高，因此長輸管道所用鋼管一般都是高碳鋼制作，鋼級都在X60以上，西氣東輸二線，西氣東輸三線采用X80鋼，采用STT下向焊打底加半自動藥芯焊絲自保護(hù)下向焊填充蓋面工藝，則是全國第一次采用X80鋼，均屬于高強(qiáng)鋼。管道焊縫一般也都是同種材質(zhì)的鋼管相互焊接。

2 焊縫常見質(zhì)量問題

由于近年來我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，致使東西部能源供需矛盾日益突出。為解決此矛盾，隨著鋼管制造水平與焊接技術(shù)的提高，長輸管道運(yùn)輸這種經(jīng)濟(jì)高效的長距離流體介質(zhì)運(yùn)輸方式也已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。近年西氣東輸、西部管道、西氣東輸二線、西氣東輸三線等一系列大口徑管道的陸續(xù)施工，已經(jīng)標(biāo)志著我國長輸管道的第四次建設(shè)高峰已經(jīng)到來。

對于長輸管道而言，結(jié)合其施工工藝以及檢測方式可以把其焊接缺陷分為焊縫成型以及微觀組織等兩種缺陷，具體而言主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 咬邊

通常所說的咬邊指的是在焊接之時(shí)熔敷金屬沒有辦法依照相關(guān)的要求來蓋住母材的坡口，進(jìn)而在焊道邊緣之處會有留有缺口，這比母材較低。咬邊如果比較淺短即便不做處理也沒有什么大礙，但是一旦咬邊過深的話，就會嚴(yán)重影響到焊道的力學(xué)性能，產(chǎn)生應(yīng)力集中致使接頭的強(qiáng)度有而降低。一般產(chǎn)生咬邊的原因通常有電流值過大，電弧沒有辦法集中，使得熔池熔敷不到位；或者焊條（焊絲）的傾斜度不準(zhǔn)確，出現(xiàn)偏吹，在焊接之時(shí)手法不正確，擺動不到位等等。

2.2 夾渣

夾渣是在焊縫之中留有雜質(zhì)，出現(xiàn)熔渣、鐵銹等情況。一般在層之間比較容易出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，其它的比如說焊道根部等部位也就會出現(xiàn)。夾渣的形狀其大小也有不同，在這之中尖銳的夾渣就會對焊道的塑性有一定的影響，尤其是在焊道受到拉應(yīng)力之時(shí)，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中。出現(xiàn)夾渣的原因較多，比如說進(jìn)行多層焊接之時(shí)沒有把熔渣清理干凈，使得焊道之中有熔渣留下；在焊接的電流不充足之時(shí)將熔渣充分融化使他們可以浮出熔池；坡口過小的話，或者坡口以及上層焊道可以形成一個(gè)夾角，使得熔渣沒有辦法充分融化而浮出熔池等等。

2.3 未熔合以及未焊透

未熔合指的是在焊接過程之中，焊道以及母材的坡口中、上、下層焊道之間并沒有完全熔化的結(jié)合，使之產(chǎn)生缺陷。相對而言，因?yàn)闆]有焊透使得焊道的有效截面積縮小，同時(shí)由于屬于開口性的缺陷，會使得較為嚴(yán)重的應(yīng)力而集中，所以相對而說沒有焊透對于焊道產(chǎn)生的危害較大。在管道下溝之時(shí)，或者承壓比較高的條件下，假如有較深的沒有焊透的現(xiàn)象，那么焊道就有可能沿著沒有焊透處撕裂。產(chǎn)生未熔合與未焊透的原因一般是因?yàn)槠驴诘募庸げ灰?guī)范，角度偏大，鈍邊偏厚，沒有充足的間隙；過度來進(jìn)行層間清理使得坡口被打?qū)挾鴮?dǎo)致溝槽出現(xiàn)；或者焊接手法不穩(wěn)定，電流偏小，線能量輸入偏小這些情況的產(chǎn)生。

2.4 氣孔

一般氣孔出現(xiàn)是因?yàn)槿刍饘倌讨畷r(shí)，沒有把熔池之中的氣體溢出而形成。一般氣孔的形狀有條形的、球形的或者柱狀形的以及密集性氣孔。在長輸管道焊接的過程之中，是比較容易出現(xiàn)的一種縮孔缺陷，在進(jìn)行射線檢測之時(shí)，它投射到底片之上的影像和氣孔比較相似，因?yàn)樾纬稍硪话闶且驗(yàn)槿刍饘倌讨畷r(shí)，液相向固相轉(zhuǎn)變多的過程之中出現(xiàn)體積差而產(chǎn)生的，同氣孔在本質(zhì)之上有所不同，這是因?yàn)榇巳毕葺^少，因此不納入討論范圍。一般來說普通的氣孔缺陷對管道的危害較小，在一般的情況之下還會導(dǎo)致止裂的作用，但是一些較深的柱形孔或者面積較大的圓形孔的危害較大。在焊接的過程之中出現(xiàn)氣孔的根本原因包括有以下幾點(diǎn)：焊材或者坡口的清潔度存在問題，遺留有鐵銹油污等雜質(zhì)，或者是焊材受潮；在焊接之時(shí)其電源的電壓、電流值不夠穩(wěn)定；焊接速度過快；保護(hù)方法不合理等等。

2.5 裂紋

在管道焊接過程之中，危害性比較大的缺陷則是裂紋。裂紋表現(xiàn)出一定的延伸性，一旦焊道有內(nèi)應(yīng)力存在的話，那么其裂紋就會一直擴(kuò)展以及延伸，使得整個(gè)焊道遭到破壞。因此在長輸管道的施工過程之中，對于裂紋等等情況堅(jiān)決不能出現(xiàn)，也不可返修，一旦出現(xiàn)裂紋，則要割口重焊。一般產(chǎn)生裂紋的最為重要的原因通常是因?yàn)楣に囈?guī)程沒有執(zhí)行到位，或者是其外部的應(yīng)力偏大而導(dǎo)致的。

2.5.1 結(jié)晶裂紋

一般來說結(jié)晶裂紋是較為常見的熱裂紋的一種，在焊縫凝固的過程之中就會形成結(jié)晶裂紋。這種裂縫較多出現(xiàn)在焊縫之中，大部分表現(xiàn)出縱向以及弧形分布在焊縫中心以及兩側(cè)等等部位。導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)晶裂紋的重要原因是因?yàn)槿鄢刂杏兄^多的雜質(zhì)，其冷卻的速度偏快，或者是因?yàn)橥饨鐟?yīng)力偏大。在管道施工過程之中，焊材同母材都應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，將材料之中不合格的因素剔除之后，熔池之中一旦存在過多的雜質(zhì)一般是因?yàn)闆]有按照規(guī)程操作數(shù)次返工后造成的。此外，強(qiáng)行組對或者沒有預(yù)熱，沒有采取保溫措施也會使得冷卻速度偏快、其應(yīng)力偏大。

2.5.2 液化裂紋

形成液化裂紋的機(jī)理同結(jié)晶裂紋的原因基本相同，都是因?yàn)榫чg低熔相或者是共晶的存在，在液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變之時(shí)，存在冷卻收縮使得晶粒邊界有裂紋出現(xiàn)。一般液化裂紋在多層焊之時(shí)，母材多次受熱之后晶間層重新熔化而導(dǎo)致的。因此液化裂紋通常比較容易出現(xiàn)在前層焊道偏析之處或者是母材的坡口邊緣之處。在進(jìn)行長輸管道焊接之時(shí)，一旦沒有無損檢測底片表示裂紋的部位在焊道層間，通常都屬于液化裂紋。

3 管道施工常用質(zhì)量檢驗(yàn)方法

大口徑的長輸管道通常都是輸油輸氣，運(yùn)行壓力較高，為確保管道使用壽命及施工安全，應(yīng)該對焊縫的施工質(zhì)量做出檢驗(yàn)，這樣就可以保證管道在運(yùn)行之中不會出現(xiàn)泄露、爆裂等使得輸送介質(zhì)外泄，產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失以及環(huán)境污染、社會影響。在管道焊接以及無損檢測完成之后，管道質(zhì)量的最后一道檢驗(yàn)工序則是壓力試驗(yàn)。試壓通常都是分段來進(jìn)行的，依照管道試壓之時(shí)最低點(diǎn)壓力不可以高于管道屈服強(qiáng)度的90%，最高點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)壓力的要求做試壓分段。因?yàn)殚L輸管道輸送壓力較高，一般出于安全的角度考慮，試壓介質(zhì)一般都是使用潔凈水。水壓試驗(yàn)時(shí)通常都應(yīng)該進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)以及嚴(yán)密性的試驗(yàn)。輸氣管道按照地區(qū)等級不同強(qiáng)度試驗(yàn)壓力也不同，一般四級地區(qū)要求達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。輸油管道要求強(qiáng)度試壓壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的1.25倍。

4 結(jié)束語

通過以上措施，在施工過程之中嚴(yán)格的管理，有效保證了管道焊接質(zhì)量，滿足了工業(yè)以及民用的需要，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，為了我國的“中國夢”的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。

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