長輸天然氣管道焊接裂紋成因及控制措施

唐 強 王 濤 喻美軍 蘭曾強 王付海

（1.中石化中原建設工程有限公司 河南 濮陽 457001；2.中石化中原油建工程有限公司 河南 濮陽 457001）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展以及科學技術的不斷進步，天然氣的開發規模不斷擴大，并通過長輸天然氣管道被送到了千家萬戶，大大提高了人們的生活水平和生活質量。更嚴重的便是危及居民的生命安全，所以為了保證長輸天然氣管道的正常運行，管道焊接質量是尤為重要的一環，尤其是不能出現裂紋類缺陷。

1 長輸天然氣管道焊接裂紋常見類型

目前，我國天然氣運輸管道主要是鋼管，有熱軋無縫鋼管、螺旋縫鋼管以及直縫鋼管之分，其中屬螺旋縫埋弧焊鋼管使用居多，廣泛的應用于我國天然氣工業。長輸天然氣管道選材的安全性極為重要，在施工過程其質量的保證是必須重視的一大問題。長輸天然氣管道的焊接質量直接關系到天然氣運輸的安全性，而天然氣長輸管道在焊接的過程中很容易由于焊接技術不到位或在使用的過程中遭遇不同的環境而產生裂紋。還是韌性亦或者抗腐蝕性都很低，再加上焊接施工過程中組對不精細、焊接工藝欠佳等原因，使得焊口質量難以到達到理想的標準，不能充分發揮其應有的價值。結晶裂紋只存在于焊縫中多呈縱向或弧形分布在焊縫中心及兩側其主要產生原因是由于焊縫凝固時的先后時間順序及組織成分不同，管道焊接施工人員應積極采取有效措施，提高管道焊接質量，防范管道裂紋的出現，提高天然氣傳輸、使用過程的安全性與穩定性。

2 長輸天然氣管道焊接裂紋的影響因素

鑒于長輸天然氣管道安裝過程中焊接質量的好壞直接關系到天然氣的運輸安全和使用安全，因此，施工人員在焊接之前，應做好充分的準備工作。焊接裂紋不僅會產生于焊接過程中，而且還會在焊后的再次加熱中出現。焊接裂紋根據其尺寸、部位、機能和形成原因的不同，會有不同的分類方法。

2.1 冷裂紋

裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷由于其均有延伸性在焊道存在內應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,長輸天然氣管道安裝過程中，管道焊縫的焊接并非在任何環境條件下都能進行的，具體說來，在施工現場出現某些情況時，焊接人員應停止管道焊縫的焊接工作。其焊接接頭存在淬硬組織使其性能脆化、擴散時氫含量較高使的接頭性能脆化、焊接缺陷處形成大量聚集的氫分子造成非常大的局部壓力，這些都是長輸天然氣管道產生冷裂紋的原因。

2.2 熱裂紋

熱裂紋的產生原因主要是由于高溫環境導致焊縫處的熔池在結晶的過程中出現偏析，結晶被拉開，進而形成裂紋。焊接熔池在結晶過程中本身就存在偏析現象，當焊接應力足夠大時，就會因為結晶被拉開，形成裂紋。此外，如果鋼材中摻有雜質，也會造成在拉應力的作用下形成裂紋的現象。其危害性更大焊接過程中溶于焊縫金屬內的氫向熱影響區擴散偏聚，特別在容易啟裂的三軸拉應力集中區富集，引起氫脆，即降低金屬在啟裂位置（或裂紋前端）的臨界應力，當此處的局部應力超過此臨界應力時，在垂直于厚度方向的焊接應力作用下，該夾雜處首選開裂并擴展，夾雜物會影響氫從鋼中的析出，使層狀撕裂傾向加劇要控制這種缺陷，因為鋼板的內部存在有分層的夾雜物，所以在焊接時產生了垂直于軋制方向的應力，致使在熱影響區或稍遠的地方，形成呈階梯狀的一種裂紋。

3 天然氣長輸管道焊接裂紋防范對策

3.1 焊條的選用及處理

從目前國際上焊接管道的趨勢上看，有的國家焊接打底焊道時采用纖維素型焊條，焊接其他焊道及蓋面焊道時采用堿性焊條 實踐證明，采用這種方案可使焊接，接頭質量進一步提高焊條中的水分是焊縫中混進氫的主要因素，只有嚴格依照相關標準、規范，做好焊前一系列準備工作，才能提高管道焊接質量，大大降低焊接裂紋的產生率。通過實踐證明，焊接打底焊道時采用纖維素型焊條，焊接其他焊道及蓋面焊道時采用堿性焊條，可使焊接接頭質量進一步提高，減少焊縫中氫的混入。對于鋼管的凈化工作主要是將焊接處鋼管內部表面的水分、淤泥、鐵銹以及油污熔渣等雜質清除干凈，清除的范圍為焊接處50mm范圍內。適當的將堿性低氫型焊條的烘干溫度提高，可以有效減少焊縫中氫的含量，進而降低長輸管道的裂紋率。管道焊縫焊接工作完成后，還需要進行射線探傷。施工單位在開展射線探傷工作時，主要是以《石油天然氣鋼質管道無損檢測》（SY/T4109-2013）和《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》（GB/T3323-2005）為標準的。每次使用時，從焊條筒中取出兩根焊條，如果這兩根焊條在兩小時內未用完，還要重復上述烘干工作，但焊條的烘干不能超過兩次。

3.2 選用合理的焊接順序

在焊接工藝規程規定的范圍內應選擇“較大焊接線能量”（規定范圍內的擴大能量并非無限制的增大）來減慢焊縫的冷卻速度，利于氫的擴散。選用合理的焊接順序在一定程度上可以減少焊接應力，避免焊接變形，從而大大減少管道裂紋現象的出現。對口間隙的大小直接影響到根焊內部成型焊接效率以及焊接材料的消耗等對口間隙過小，必然造成填充金屬不易穿透和背部成型不良，從而產生應力集中，選用正確的焊接順序能夠有效的避免焊接處變形，減少焊接應力，進而降低長輸管道焊接處發生裂縫的情況。管道下向焊比較適合的焊接方式是流水作業式，通常由兩名技術人員同時進行操作，焊接順序為由管道的上焊口向下施焊，另外還要做好焊接前的準備工作，包括管材材質分析與檢驗接頭選型與組對施焊處的清理和預熱等，均應按目前國家有關標準，規范進行。采用這種焊接順序對管道施焊時，應妥善處理好焊口上下部位的連接問題。一旦管道的直徑超過了711毫米，那么同一焊道就需要三名焊接工人同時施工，焊接順序既要滿足焊接對稱性的要求，焊接的順序既要滿足對稱性，也要滿足平衡性。在施焊時要控制好電流，防止出現電流過大的情況。此外在焊接最后一層鋼管時一定要注意對焊縫余高的控制，要使焊縫達到足夠飽滿。

3.3 其他控制措施

管道焊縫焊接工作完成后，還需要進行射線探傷。施工單位在開展射線探傷工作時，主要是以 《石油天然氣鋼質管道無損檢測》（SY/T4109-2013）和《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》（GB/T3323-2005）為標準的宜采用連續焊焊接每條焊縫,不得隨意中斷,如因故中斷時,應根據工藝要求采用預熱措施,以防止產生裂紋再進行焊接前,確認無裂紋后方可按原工藝要求繼續施焊，因此，為了保證管道安裝質量，應對焊縫接頭進行焊前預熱。焊前預熱是至關重要的一個環節，必須引起焊工的高度重視。預熱時，首先將預熱的火焰對準坡口的中心。預熱過程中，火焰不宜過大，當預熱達到規定的溫度后方可開始正式的焊接工作。焊縫同一部位的焊補次數不宜超過兩次,如超過,焊補前應經單位技術總負責人批準,并采取可靠的技術措施。

4 結束語

隨著我國天然氣管道的建設的壯大，廣大人民群眾對于天然氣需求的補給更盛，對天然氣輸送管道施工和建設將會面臨更大的挑戰，由于管道施工環境的復雜，裂紋作為一種最嚴重的缺陷，要想完全避免其產生，還需要進一步的努力，尤其要提高施焊人員的操作技能和責任心。從而確保天然氣運輸以及使用的安全。

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［2］劉成玉.長偷管道焊接方法的選擇與應用[J].電焊機，2012（03）.

［3］楊冬.天然氣長輸管道焊接裂紋及防范對策研究[J].現代商貿工業2013（12）.?