長輸管道中常見的焊接缺陷分析及控制探討

楊洋

[摘 要]長輸管道在石油的輸送過程中發(fā)揮著很大的作用，但是焊接缺陷的存在帶來很大的安全隱患。本文主要是長輸管道的施工工藝出發(fā)，對常見的焊接缺陷和原因進行分析，探討相關(guān)預防措施，保證長輸管道的安全、高效。

[關(guān)鍵詞]長輸管道 焊接 缺陷

中圖分類號：R54041 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）10-0036-01

長輸管道運輸是一種經(jīng)濟高效的長距離流體介質(zhì)運輸方式，已經(jīng)得到了越來越充分的應(yīng)用。近年西氣東輸?shù)纫幌盗写罂趶焦艿赖年懤m(xù)施工，就標志著我國長輸管道的又一次建設(shè)高峰已經(jīng)到來。長輸管道一般具有野外作業(yè)、 焊接環(huán)境不穩(wěn)定、非固定電網(wǎng)取電、管固定位置不確定、焊道內(nèi)部成型難以觀測等特點，因而對它出現(xiàn)的問題要進行分析研究，并采取相應(yīng)措施予以解決。

一、長輸管道施工工藝

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以下工藝：打底主要有手工焊、STT 手工焊、全自動焊、內(nèi)焊機多槍頭下向焊等；填充蓋面主要有手工焊、半自動焊、全自動焊等。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下向焊填充蓋面工藝，全國大部分管道施工都使用此種工藝。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，也有采用X80鋼，均屬于高強鋼，管道焊縫一般也都是同種材質(zhì)的。

焊材一般采用纖維素焊條、低氫焊條、藥芯焊絲、實心焊絲加氣保護等。管管焊接對接形式一般采用坡口，一般有V型、U型、復合型等，視鋼管的壁厚等參數(shù)而定。

二、焊縫常見質(zhì)量缺陷及原因分析

焊接缺陷的種類很多，不同標準也有不同分類方法。在此將長輸管道施工與焊道檢測方式緊密結(jié)合，列出在實際焊接過程中出現(xiàn)較為頻繁的五種質(zhì)量缺陷。

1、咬邊

咬邊即通常所說的焊道咬肉，主要是由于在焊接過程中熔敷金屬未能蓋住母材的坡口，在焊道邊緣留下的低于母材的缺口。淺短的咬邊可以不作處理，但過深的咬邊會對焊道力學性能產(chǎn)生嚴重的影響。咬邊將減少母材的有效截面積，在咬邊處引起應(yīng)力集中，降低接頭強度，特別是低合金高強鋼的焊接，另外咬邊的邊緣組織被淬硬，易引起裂紋。

預防措施：調(diào)整好焊接參數(shù)，避免電流太大、電弧過長、電弧力不集中而導致熔池熔敷不到位；調(diào)整焊條或焊絲的傾斜角度，以防出現(xiàn)偏吹等情況；操作手法要穩(wěn)，運條的擺動要到位。

2、夾渣

夾渣是指焊縫中存在的熔渣、鐵銹或其他物質(zhì)，在焊道根部、層間均可能存在，最常見的就是層間夾渣。夾渣形狀不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖銳形的夾渣，影響焊道的塑性，尤其是在焊道受拉應(yīng)力時產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中。

預防措施：多層焊時，焊絲、焊條等產(chǎn)生的熔渣要清理干凈，避免熔渣埋入焊道；避免焊接電流較小，導致熔渣不能充分融化而浮出熔池；如果坡口太小或上層焊道與坡口間形成了夾角，熔渣因不能充分融化而浮出熔池。

3、未熔合及未焊透

未熔合是指焊接時焊道與母材坡口、上層焊道與下層焊道之間沒有完全熔化結(jié)合形成的缺陷。未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。未焊透是指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現(xiàn)象。未焊透對焊道的危害很大，它使焊道的有效截面積減少，同時由于屬于開口性缺陷，又能造成嚴重的應(yīng)力集中。在管道進行下溝作業(yè)或承壓很高的情況時，如果未焊透深度很深，會出現(xiàn)焊道沿未焊透處撕裂現(xiàn)象。

預防措施：坡口加工要嚴格按規(guī)范執(zhí)行，角度不能太小，要保證間隙寬度，鈍邊不能太厚。層間清理不要過度，以免造成坡口被打?qū)挘纬蓽喜鄣?。操作手法要穩(wěn)，要控制好電流，避免線能量輸入太小。

4、氣孔

氣孔一般是由于熔池中的氣體在熔化金屬凝固時沒有逸出所形成的。其形式有條形氣孔、密集氣孔、球形氣孔、柱狀氣孔等。氣孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面積很大的圓形氣孔外，其他氣孔的危害性都較小，甚至還有止裂傾向。

預防措施：施焊前，焊材、坡口要清理干凈，不能有鐵銹、油污等，同時要避免焊材受潮；調(diào)整好焊接電壓、電流；焊接速度不要太快；氣體保護焊時保護氣流量不能過大或過小。

5、裂紋

裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷，主要有結(jié)晶裂紋、液化裂紋、延遲裂紋，由于其有延伸性，在焊道存在內(nèi)應(yīng)力的情況下裂紋會一直延伸擴展，直至焊道破壞為止。因此在長輸管道的施工中，裂紋缺陷是不允許存在的，通常也不允許返修，必須割口重焊。在管道施工中，裂紋的產(chǎn)生基本都是由于工藝規(guī)程執(zhí)行不到位、外部應(yīng)力太大等情況造成的。

預防措施：選用抗裂性好的鋼材制作鋼管，合理選擇焊接材料及烘干，嚴格按照焊接工藝評定的要求施工，以確保焊縫的組織結(jié)構(gòu)塑性和韌性；嚴格按照工藝要求進行預熱，冬季施工時應(yīng)采取保溫措施，必要時進行熱處理或焊后加熱；嚴格控制組對應(yīng)力，盡量不使用外對口器進行強制組對。尤其是在管道進行連死頭時，切不可采用千斤頂、吊管機上提、挖掘機下壓等來調(diào)節(jié)對口間隙的強力組對方式。

三、焊道缺陷的檢驗及處理

油氣長輸管道運行壓力較高，為確保管道使用壽命和運行安全，必須對焊道的施工質(zhì)量進行檢驗，以確保管道不會在運行中泄露、爆裂等導致輸送介質(zhì)外泄，造成經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。在管道焊接、無損檢測完成后，管道質(zhì)量的最后一道檢驗工序就是壓力試驗。試壓一般分段進行，按照最低點壓力不超過管道屈服強度的 90%，最高點壓力達到設(shè)計壓力的要求進行試壓分段。由于長輸管道輸送壓力都比較高，通常為安全起見，試壓介質(zhì)采用潔凈水。水壓試驗時進行強度試驗和嚴密性試驗。輸氣管道按照地區(qū)等級不同強度試驗壓力也不同，一般四級地區(qū)要求達到設(shè)計壓力的 1.5 倍。輸油管道要求強度試壓壓力達到設(shè)計壓力的 1.25 倍。

焊接工序完成后，施工機組進行焊縫外觀的自檢，合格后向檢測公司進行無損檢測申請（檢測方式是 X 射線檢測和超聲波檢測）。檢測完成后，合格的焊口進行防腐補口處理，不合格的焊口進行返修處理。返修方法是按照射線檢測底片位置在焊道上進行標記，然后采用角向磨光機將焊縫打開，找到缺陷后磨除，然后補焊。

四、焊接質(zhì)量總體控制

質(zhì)量控制因素主要可以歸納為：人員設(shè)備因素、材料因素、環(huán)境因素、工藝因素。由于管道施工前的焊接工藝都經(jīng)過嚴格制訂，并通過了多種檢驗手段的檢定，因此施工中產(chǎn)生的質(zhì)量問題一般都是由前三個方面導致的。

任何長輸管道工程都要求參與焊接的每名焊工必須持有壓力容器操作資格證，同時開工前要對擬上崗的焊工進行一次考試，合格后方可上崗。焊接材料是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，開工前要嚴格保證焊接材料符合要求。長輸管道的施工環(huán)境一般都比較惡劣，尤其是水網(wǎng)、風區(qū)、山區(qū)、林區(qū)、雨雪等對焊接的施工質(zhì)量影響很大。對于環(huán)境溫度，一般低于 5 ℃就屬于冬季施工，需要采取特定的工藝措施。

參考文獻

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