油氣管道焊接相關(guān)問題與挑戰(zhàn)及發(fā)展動(dòng)向

李為衛(wèi)，蔣浩澤，劉 劍，楊 明，鄒 斌，董 瑾

(1.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077；2.西安石油大學(xué) 陜西 西安 710065；3.中國(guó)石油西部管道分公司 新疆 烏魯木齊 830013)

0 引 言

隨著原油和天然氣資源需求的日益增加和不斷開發(fā)，管道運(yùn)輸成為重要的運(yùn)輸方式。這些管道從幾公里到幾千公里，通過不同的地域和環(huán)境條件，需要采用高強(qiáng)度材料，它能夠承受陸上、近海和地下環(huán)境條件的巨大變化。隨著冶金技術(shù)的日益發(fā)展，低合金高強(qiáng)鋼的使用日益廣泛，管道鋼管的強(qiáng)度越來越高，管徑、壁厚也愈來愈大，管道焊接的難度和質(zhì)量要求越來越高。焊接結(jié)構(gòu)中，焊接接頭一直是薄弱環(huán)節(jié)，焊接接頭失效是油氣管道失效的主要類型之一，管道的焊接一直是管道工作者關(guān)心的話題。隨著管線鋼強(qiáng)度的越來越高，以及管道敷設(shè)和使用環(huán)境的日益惡劣，管道焊接面臨的問題和挑戰(zhàn)越來越多。所編譯的《A Review on Welding of High Strength Oil and Gas Pipeline Steels》的作者調(diào)研分析了136篇國(guó)際上科技文獻(xiàn)，對(duì)高強(qiáng)度管線鋼管的發(fā)展、焊接存在的問題、挑戰(zhàn)以及研究趨勢(shì)進(jìn)行了分析，本文摘錄翻譯了部分內(nèi)容，為從事管道的科技工作者研究了解國(guó)際管道焊接存在問題、挑戰(zhàn)和發(fā)展方向提供參考。

1 管道焊接相關(guān)問題及挑戰(zhàn)

一些低合金高強(qiáng)鋼(HSLA)油氣管道在使用過程中發(fā)生了失效，失效管道的鋼級(jí)包括一些較低的鋼級(jí)，如X42、X46、X52、X56、X60和X65。研究工作者調(diào)查了失效情況，力圖找出引起失效的可能原因，表1總結(jié)了管道失效調(diào)查相關(guān)情況。從表1可以看出，在管道焊接結(jié)構(gòu)中，焊縫金屬和熱影響區(qū)(HAZ)是失效最容易發(fā)生失效的部位。在管道各種失效原因中，腐蝕、氫脆、焊接裂紋或其它缺陷、殘余應(yīng)力，伴隨著焊道表面的不良形狀，是導(dǎo)致失效的主要問題。環(huán)境條件加上不合適的焊接設(shè)計(jì)或工藝，也會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的失效。焊接不當(dāng)給腐蝕或氫提供有利場(chǎng)所，加上缺陷、殘余應(yīng)力和焊縫/熱影響區(qū)敏感顯微組織，易發(fā)生脆化。環(huán)境條件和焊接過程熱效應(yīng)的有害影響可以控制，或者使其影響最小化，但是不是任何情況下都經(jīng)濟(jì)可行。探討管道行業(yè)面臨的問題與挑戰(zhàn)，可以使管道的使用壽命更長(zhǎng)，預(yù)防管道失效事故的發(fā)生。

表1 管道失效及其原因調(diào)查

1.1 腐蝕

由于對(duì)部件壽命的有害影響，管道的腐蝕一直是油氣工業(yè)一個(gè)重要的話題。盡管研究工作者不斷開發(fā)耐蝕性的材料，但腐蝕仍難以避免。由于返修或者更換腐蝕損傷的鋼管需要花費(fèi)大量的費(fèi)用，防止管道的腐蝕成為一個(gè)重要的問題。腐蝕有多種形式(ASM，2006)，表2匯總了焊接結(jié)構(gòu)各種腐蝕以及導(dǎo)致腐蝕的條件和機(jī)理。除此之外，其它形式的腐蝕也在文獻(xiàn)中提到，如焊件選擇腐蝕(lee Woollin，2005)，濕二氧化碳或甜腐蝕，以及濕硫化氫或酸腐蝕(Fowler，2003)。

表2 不同腐蝕類型及其產(chǎn)生的原因、條件和機(jī)理

由于許多原因，焊接接頭對(duì)腐蝕敏感，主要是因?yàn)楹缚p化學(xué)成分和金相組織的變化，以及焊接結(jié)構(gòu)中存在殘余應(yīng)力(戴克，ND)。焊縫的化學(xué)成分可能因焊接材料或脫渣元素的不同而不同。金相組織的變化可以看作是顯微組織存在梯度，顯微組織梯度在焊縫和HAZ內(nèi)均存在。多道焊時(shí)，由于焊道與焊道的熱歷程不同，HAZ和焊縫經(jīng)歷不同的溫度-時(shí)間循環(huán)(ASM 2006)，HAZ和焊縫的不同冷卻速率也會(huì)在焊接結(jié)構(gòu)不同部位產(chǎn)生不同的殘余應(yīng)力。

在腐蝕環(huán)境中預(yù)測(cè)焊接結(jié)構(gòu)的服役壽命，在應(yīng)用前必須對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕速率或腐蝕敏感性測(cè)試。在測(cè)試和判斷焊接結(jié)構(gòu)在特定應(yīng)用條件下的腐蝕敏感性之前，關(guān)于某些工作的先驗(yàn)條件信息(如環(huán)境條件、溫度范圍和陸上或近海)應(yīng)該掌握(Fowler，2003)。文獻(xiàn)中報(bào)道了各種方法來確定高強(qiáng)度管道的腐蝕速率或腐蝕敏感性鋼，表3總結(jié)了測(cè)試HSLA管線鋼及其焊接結(jié)構(gòu)的腐蝕敏感性的調(diào)查結(jié)果。

為提高管道使用壽命和完整性，研究人員還提出了一些緩解腐蝕的方法。這些方法既適用于設(shè)計(jì)師，也適用于焊工。對(duì)于管道設(shè)計(jì)者來說，對(duì)于特定的應(yīng)用條件選擇合適的鋼管材料、表面涂層材料和涂層技術(shù)。因?yàn)楹附咏宇^對(duì)腐蝕更加敏感，因此焊接技術(shù)和工藝對(duì)降低腐蝕起很重要作用。因此，焊工應(yīng)遵守工藝，包括焊接材料、坡口準(zhǔn)備、焊接方法、完工表面的處理，使用規(guī)定的預(yù)熱和層間溫度，進(jìn)行焊后熱處理。其它可降低腐蝕產(chǎn)生的預(yù)防措施包括防止缺陷的產(chǎn)生，使用鈍化處理和消除氫的來源(Olson et al.,2003)。

表3 測(cè)試HSLA管線鋼及其焊接結(jié)構(gòu)腐蝕敏感性的調(diào)查

1.2 氫脆

無論鋼在固態(tài)或熔融態(tài)，氫都是有害氣體。當(dāng)氫聚集在鋼液中，或在加工和焊接過程中，它會(huì)導(dǎo)致氫脆，進(jìn)而導(dǎo)致開裂發(fā)生。這種開裂發(fā)生在鋼液凝固之后和焊縫冷卻后，因此又稱為氫致冷裂紋。氫致冷裂紋的最佳場(chǎng)所是熱影響區(qū)或焊接與熱影響區(qū)的界面。另一方面，焊接結(jié)構(gòu)在硫化氫酸性應(yīng)用環(huán)境下，在正常溫度下由于腐蝕而吸氫，導(dǎo)致硫化物應(yīng)力開裂(Kane和Greer，1977)。氫致冷裂紋在表面需要數(shù)天形成，由于硫化氫環(huán)境導(dǎo)致的開裂需要相對(duì)更長(zhǎng)的時(shí)間，這是一個(gè)緩慢的過程，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的延遲失效。由于焊接結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生腐蝕，而且更容易吸氫，因此，硫化物應(yīng)力開裂在焊縫中形核(ASM，2006)。表4列出了氫脆引起的開裂類型及其原因、來源和失效機(jī)理。

表4 氫脆類型、原因、來源和失效機(jī)理

除了含氫環(huán)境，鋼的化學(xué)成分和焊縫的顯微組織對(duì)氫脆的產(chǎn)生和擴(kuò)展速率起重要作用。氫更容易溶解于奧氏體組織中，它對(duì)氫脆的敏感性低，但是具有高硬度的顯微組織(如馬氏體)對(duì)氫的溶解度低，具有高的氫致開裂傾向。這是由于在焊接快速冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，氫逸出的結(jié)果。還有，高強(qiáng)鋼對(duì)氫脆的敏感性更高，這與高強(qiáng)度的細(xì)晶組織有關(guān)。由于組織細(xì)小，對(duì)氫的捕獲能力更強(qiáng)，相反，在粗晶粒組織中，氫原子更容易逃逸出去。另外，氫脆導(dǎo)致災(zāi)難性的后果與應(yīng)力分不開，因此焊接殘余應(yīng)力的增加將導(dǎo)致焊接接頭開裂的敏感性增加。

HSLA管線鋼氫脆的研究現(xiàn)狀見表5。HSLA管線鋼組織的敏感性，研究人員運(yùn)用多種手段，也被列在同一表中。為了防止氫脆發(fā)生，控制一個(gè)或多個(gè)因素(即氫的存在、敏感的顯微組織和拉應(yīng)力)是有益的。烘干焊接材料、使用低氫型焊條對(duì)降低焊縫氫的來源是有利的，而使用合適的預(yù)熱和層間溫度，采用較高的熱輸入將降低冷卻速度，從而為氫原子擴(kuò)散出焊縫創(chuàng)造更多時(shí)間。

1.3 殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的壽命有不利影響，一般情況下，高運(yùn)行應(yīng)力與高殘余拉應(yīng)力疊加，將促使焊接結(jié)構(gòu)斷裂的發(fā)生(Bate et al.,1997)。殘余應(yīng)力還提高蠕變、疲勞和環(huán)境損傷發(fā)展的速率(Colegrove et al.,2009)。在焊接加熱過程中，焊縫熔融金屬周圍由于熱和膨脹會(huì)產(chǎn)生壓縮屈服。焊接冷卻過程中則相反，由于焊縫冷卻和收縮沿焊縫縱向會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，因此，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于局部不均勻的加熱和冷卻導(dǎo)致的。當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度極限，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，焊接過程中為避免發(fā)生更大的變形，對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行約束將產(chǎn)生更大的殘余應(yīng)力。然而，殘余壓應(yīng)力一般認(rèn)為是有益的，但是它會(huì)引起焊接結(jié)構(gòu)抗屈曲能力的下降。所以，應(yīng)根據(jù)焊接構(gòu)件的服役條件控制焊接殘余應(yīng)力。

表5 HSLA管線鋼氫脆研究情況

殘余應(yīng)力的分布范圍和變形量與焊接熱輸入直接相關(guān)，研究工作者一直在努力，試圖為了獲得無殘余應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)而優(yōu)化焊接熱輸入或工藝參數(shù)。此外，了解焊接結(jié)構(gòu)在特定工藝方法和使用環(huán)境條件下焊接殘余應(yīng)力的極限是非常重要的。焊接殘余應(yīng)力是復(fù)雜現(xiàn)象，其值和分布的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是不容易的，然而焊接行業(yè)和研究工作者使用實(shí)驗(yàn)方法和一些假設(shè)模型技術(shù)來測(cè)試，表6總結(jié)了殘余應(yīng)力研究的方法和結(jié)果。

焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的影響因素可分為結(jié)構(gòu)因素、材料因素和焊接工藝參數(shù)三大類(Akbari and Sattari-Far,2009)。在結(jié)構(gòu)因素中，焊接接頭的類型和幾何形狀、結(jié)構(gòu)厚度是重要的因素。材料因素包括母材和焊接填充金屬的力學(xué)性能。焊接方法和工藝參數(shù)中，使用的焊接方法類型和熱輸入對(duì)焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的值起重要的決定作用。合理選用和控制這些參數(shù)，可以降低焊接接頭的殘余應(yīng)力。

1.4 焊接修復(fù)

管道表面的一個(gè)小問題，會(huì)給管道帶來巨大的成本和安全隱患。問題的來源可能是外部，也可能是內(nèi)部。外部問題的來源是機(jī)械損傷、環(huán)境腐蝕和開裂。另一方面，管道輸送流體產(chǎn)生的腐蝕、磨蝕或它們的組合是內(nèi)部問題的來源(Beavers and Thompson,2006)。管道表面或內(nèi)部的缺陷或裂紋識(shí)別后，有必要對(duì)其嚴(yán)重程度和大小進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)收集到的異常信號(hào)的性質(zhì)和程度的信息，可以采取修復(fù)或更換的決定。根據(jù)管道維修指南(AEA Technology Consulting,2001)，在可能情況下修復(fù)理念是：更換為同類；臨時(shí)修復(fù)直到更換為止；在更換不實(shí)際的情況下進(jìn)行永久修復(fù)。對(duì)于有缺陷的管子，更換是更好的解決辦法，但不總是經(jīng)濟(jì)的。作為替代方法，修復(fù)和最有可能通過焊接修復(fù)是容易和可靠的，如果這樣做要極其謹(jǐn)慎。根據(jù)Perez等人的觀點(diǎn)，修復(fù)的目的是恢復(fù)或增強(qiáng)特定的性能，如耐久性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、功能或外觀(Perez et al.,2014)。修復(fù)焊縫比正常焊縫通常面臨更多環(huán)境挑戰(zhàn)，給修復(fù)焊縫帶來挑戰(zhàn)的因素包括：手工打磨、周圍焊縫金屬的約束和熱過程惡化。手工磨削產(chǎn)生挖槽幾何形狀，而約束冷卻則產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，熱過程惡化導(dǎo)致焊縫冷卻加快(DNV-GL)。然而，被焊接的材料和使用的焊接方法是更關(guān)注的因素。對(duì)冶金過程敏感的材料，使用高的熱輸入可能產(chǎn)生惡化的HAZ和焊縫(TWI,n.d.)。與此有關(guān)，泄漏歷史信息，過去的缺陷發(fā)現(xiàn)，過去維修的管道將給焊工更大的信心(Jaske et al.,2006)。

表6 HSLA管線鋼焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測(cè)試方法匯總

焊縫同一位置進(jìn)行的多次返修經(jīng)常發(fā)生，但研究表明反復(fù)熱循環(huán)會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生不利影響。在10%硫酸溶液中，X52環(huán)焊接頭的腐蝕敏感性隨返修次數(shù)的增加而增大。這是由于殘余應(yīng)力水平較高而造成的(Ahmed et al.,2013)。與此相似，研究發(fā)現(xiàn)X52環(huán)焊接頭隨著返修次數(shù)的增加，晶粒尺寸增大，沖擊韌性降低，HAZ硬度提高(Vega et al.,2008)。采用焊條電弧焊方法進(jìn)行X52環(huán)焊縫全厚度或部分厚度返修，可以是單焊道，也可以是雙焊道，研究發(fā)現(xiàn)，與正常的焊接相比，兩者的殘余應(yīng)力皆很高(Zeinoddini et al.,2013)。關(guān)于鋼管本體的焊接修復(fù)的研究文獻(xiàn)報(bào)道很少，許多HSLA鋼及其缺陷的焊接修復(fù)方法沒有研究，該領(lǐng)域有待于研究人員的進(jìn)一步探索。

焊接修復(fù)焊接過程中的預(yù)防措施，應(yīng)適當(dāng)關(guān)注以下幾個(gè)方面：材料的焊接性、殘余應(yīng)力和變形問題(TWI,n.d.)。此外，清除缺陷的磨削過程應(yīng)避免管子局部過度熱輸入。如果是在役過程進(jìn)行焊接修復(fù)，操作壓力應(yīng)降至安全水平以下。特別注意，修復(fù)由于內(nèi)腐蝕引起的異常時(shí)，應(yīng)采用一些可靠性技術(shù)對(duì)最嚴(yán)重的腐蝕區(qū)域的剩余厚度進(jìn)行施工安全性評(píng)價(jià)。建議對(duì)焊縫修復(fù)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，以保證管道持久適用性(AEA Technology Consulting,2001)。

1.5 熱影響區(qū)(HAZ)

焊接過程中，熱影響區(qū)不熔化但是顯微組織發(fā)生改變。隨著與熔合線距離的增加，HTP加熱峰值溫度(TP)降低，熱影響區(qū)熱循環(huán)的不同，導(dǎo)致其顯微組織不均勻和多樣性。HAZ的性能對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的性能起重要的作用。焊縫、HAZ與母材的強(qiáng)度不匹配導(dǎo)致低強(qiáng)度部位應(yīng)變集中(Pouranvari and Marashi,2016)。HAZ強(qiáng)度最低的區(qū)域?qū)Υ嘈詳嗔衙舾?，稱作局部脆性區(qū)(Milovi_c,2016)。高熱輸入焊接方法，含Cr鋼的HAZ也出現(xiàn)軟化現(xiàn)象(Raj et al.,2009) (Hernandez et al.,2010)。HAZ的軟化與HAZ馬氏體轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。HAZ的面積對(duì)判定特殊使用環(huán)境下焊接結(jié)構(gòu)的適用性很重要。通常情況下，粗晶熱影響區(qū)(CGHAZ)以及有時(shí)的臨界熱影響(ICHAZ)具有最低的韌性(Milovi_c,2016)。在X65管道環(huán)焊接頭中，觀察到了CGHAZ具有最低的CTOD值和高的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(Ju et al.,2012)。在X70焊接接頭中，觀察到了HAZ試樣裂紋起裂能的顯著降低。HAZ顯微組織存在大尺寸M-A組元有助于形成解理斷裂，因此，通過改善HAZ的顯微組織，可以提高焊接接頭的性能。而且，熱影響區(qū)的大小是組織變化程度的標(biāo)志(Gunaraj and Murugan,2002)。HAZ的寬度取決于焊接工藝、熱狀態(tài)以及母材金屬的物理性能。熱輸入大的焊接接頭的熱影響區(qū)寬，韌性低。X80、K70和X90焊接熱影響區(qū)，當(dāng)采用的熱輸入量低于57 kJ/cm，觀察到的先奧氏體晶粒尺寸減小。較低的熱輸入量還有助于穩(wěn)定粗晶奧氏體-馬氏體區(qū)不形成脆化的晶界析出相(Khlusova and Orlov,2013)。

HAZ壽命預(yù)測(cè)最困難部分之一就是評(píng)估材料焊接過程中韌性的變化(_Sloderbach and Paja k,2015)。一個(gè)真實(shí)的焊接接頭，相對(duì)焊縫而言HAZ區(qū)域很窄，確定各亞區(qū)的缺口位置很困難，解釋各亞區(qū)韌性難度大。這些復(fù)雜性使得很難找到材料或部件在服役期間最有可能失效的關(guān)鍵性能區(qū)域(Adonyi,2006)。準(zhǔn)確評(píng)估和解釋焊接熱循環(huán)對(duì)熱影響區(qū)力學(xué)性能的影響，模擬焊接溫度循環(huán)是一種合適的方法，因此，有HAZ模擬機(jī)的幫助，可容易獲得適于研究的均勻金相組織的區(qū)域(Celin et al.,2016)。表7為焊接模擬研究的實(shí)施的細(xì)節(jié)，包括單道和多道焊HAZ不同亞區(qū)的力學(xué)性能、顯微組織特征及組織晶粒尺寸變化情況等。

表7 HSLA管線鋼HAZ模擬研究匯總

2 研究動(dòng)向

針對(duì)管道焊接存在的問題和挑戰(zhàn)，焊接研究和工程建設(shè)者一直在努力開發(fā)新型管道材料和焊接技術(shù)，為了改善接頭的顯微組織，從而提高接頭的性能，目前和未來的研究趨勢(shì)包括以下四個(gè)方面。

2.1 合金化

由于化學(xué)成分為管線鋼提供了良好的焊接性和強(qiáng)度，高強(qiáng)度低合金鋼適用于高壓油氣輸送管道。然而，過度的合金化可以降低其焊接性并擾亂鋼的顯微組織。為了進(jìn)一步提高HSLA管線鋼的適用性，搞清楚焊接接頭的合金化行為具有重大作用(Pouranvari and Marashi,2016)。表8總結(jié)了管道材料或焊縫金屬合金化研究的結(jié)果。文獻(xiàn)缺乏對(duì)X90、X100和X120鋼合金元素優(yōu)化的研究，這需要冶金和制管單位的共同努力。

2.2 開發(fā)焊接方法和工藝

焊接是一個(gè)廣闊的領(lǐng)域，有許多類型的焊接，因此，為了使焊接接頭具有所需的性能，對(duì)不同焊接工藝的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和表征是焊接研究人員非常感興趣的領(lǐng)域 (Julian A.Avila et al.,2016a,b),(Husain et al.,2015),(Wang et al.,2016),(Sisi and Mirsalehi,2015),(Tribe and Nelson,2015),(Azadi oghaddam et al.,2016)。費(fèi)爾伯通過對(duì)大量工程的焊接工藝和焊接材料的信息收集，做了非常有益的工作(Feber,2009,2008.2007a,2007b)。這些信息可作為特定鋼級(jí)、特定使用條件下，選擇焊接工藝及焊接材料的指南。

對(duì)焊接方法和工藝的研究還包括：管道參數(shù)優(yōu)化智能系統(tǒng)、水下攪拌摩擦焊、激光+GMA復(fù)合焊、異種鋼(如UNS 31803與X52)的焊接研究。復(fù)合焊接技術(shù)用途多，對(duì)管道工業(yè)視乎是一種適應(yīng)性好且經(jīng)濟(jì)的焊接方法，需要對(duì)管線鋼焊接進(jìn)行充分的探索，同時(shí)解決復(fù)合焊接過程中焊接設(shè)備和工藝的復(fù)雜問題。

2.3 焊接材料的開發(fā)

新的鋼級(jí)管線鋼，需要新的焊接填充材料。Sirin等研究?jī)煞N不同成分X65鋼，四種成分焊接材料的焊縫性能，發(fā)現(xiàn)增加填充金屬的Mn、B、Ti微合金元素的含量，可以提高焊縫金屬的韌性(Sirin et al.,2016)。Midawi等對(duì)比研究了兩種X80管線鋼合適的焊接材料，分析了焊縫金屬的沖擊韌性、拉伸性能和硬度，焊接方法為GMAW，熱輸入為0.66 kJ/mm，結(jié)果表明，具有較高C、Ni、Ti的焊接材料，由于焊縫金屬細(xì)小的顯微組織，焊縫具有高的強(qiáng)度、硬度，但由于存在Ti的夾雜物(可為裂紋起裂提供場(chǎng)所)而韌性較差，從而影響該焊接件的使用壽命。

表8 管道材料和焊縫金屬合金化研究匯總

關(guān)于焊接填充材料的研究的文獻(xiàn)報(bào)道很少。對(duì)于當(dāng)前應(yīng)用廣泛的X65、X70、X80管線鋼，焊接材料的研究還處于初步階段，對(duì)X90、X100和X120更高鋼級(jí)管線鋼焊接材料的研究，未來還有大量工作需要去作。

2.4 焊接接頭試驗(yàn)和評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)展

焊接接頭測(cè)試與評(píng)價(jià)的技術(shù)進(jìn)展分為以下五方面：

1)殘余應(yīng)力分布的預(yù)測(cè)和測(cè)試。焊接過程的殘余應(yīng)力分布是一個(gè)復(fù)雜現(xiàn)象，隨焊接方法、熱輸入量及約束條件等因素變化。因此，對(duì)每種材料及不同的焊接方法，測(cè)量和預(yù)測(cè)焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布的方法需要進(jìn)一步開發(fā)。

2)缺陷的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。完全防止焊接缺陷的產(chǎn)生是不現(xiàn)實(shí)的，因此為避免鋼管及管道的失效，使缺陷最小化的技術(shù)需要進(jìn)一步研究。

3)焊接接頭適用性評(píng)價(jià)。為了評(píng)價(jià)特定用途條件下焊接接頭的適用性，代替破壞性方法，開發(fā)非破壞性但可靠的技術(shù)需要研究工作者予以關(guān)注。

4)焊接過程中材料的顯微組織轉(zhuǎn)變行為。對(duì)先進(jìn)的超高強(qiáng)度材料，焊接過程中不同的焊接方法和焊接工藝下顯微組織的轉(zhuǎn)變行為是一個(gè)有待開發(fā)的潛在領(lǐng)域。

5)材料的腐蝕和氫脆敏感性評(píng)價(jià)。焊縫腐蝕敏感性評(píng)價(jià)方法的研究需要研究人員更多的努力，氫脆敏感性的評(píng)估仍然使用傳統(tǒng)的技術(shù)，這是耗時(shí)的，開發(fā)一些新的建模技術(shù)有助于對(duì)材料氫脆敏感性的認(rèn)識(shí)。

3 結(jié) 論

1)HSLA鋼管道焊接存在的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)是腐蝕、氫脆、殘余應(yīng)力、焊接修復(fù)和退化熱影響區(qū)，這些問題對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的性能有不利影響。

2)文獻(xiàn)對(duì)上述問題的研究最高到X80鋼，對(duì)腐蝕、殘余應(yīng)力和氫脆的研究主要集中在X65、X70和X80鋼，未來需對(duì)X90、X100、X120鋼投入更多的精力。對(duì)焊接修復(fù)研究的文獻(xiàn)很少，由于這一問題對(duì)管道工業(yè)有著重要的意義，因此需要研究人員給予足夠的重視。

3)殘余應(yīng)力使焊接結(jié)構(gòu)失效或惡化加劇，應(yīng)進(jìn)一步探索目前廣泛應(yīng)用的X65、X70、X80鋼以及超高強(qiáng)度管線鋼的殘余應(yīng)力問題。

4)管道焊接目前目前和未來研究動(dòng)向包括四個(gè)方面：添加或者優(yōu)化焊縫中的合金元素；開發(fā)焊接方法和工藝；開發(fā)焊接材料；開發(fā)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法。

編譯自Satish Kumar SHARMA,Sachin MAHESHWARI，A Review on Welding of High Strength Oil and Gas Pipeline Steels，Journal of Natural Gas Science and Engineering,2017，(38)：203-217.

參考文獻(xiàn)(略)