长输管道焊接缺陷分析及控制

【摘要】本文通过实践总结长输管道安装过程中常见的一些焊接质量缺陷产生的原因进行分析，制定了相应的控制预防措施。并在实施过程中对各质量环节进行有效控制，焊接质量得到进一步提高，便于今后长输管道施工管理和有效的质量控制。

【关键词】长输管道 焊接质量 质量缺陷 控制措施

近年来，随着全球经济的高速发展，国内外对石油、天然气的需求量日益增加，长输管道作为在油、气资源运输方面的渠道之一，其优势越来越明显。管道焊接作为管道施工的重要一环，其现场焊接的高效率和安全可靠性在每条管道的建设中都占有举足轻重的作用。

1 榆济项目管道焊接施工工艺简介

榆林-济南输气管线主要规格为Φ610×10，Φ711×11，采用多层焊接，焊接工艺采用手工下向焊和半自动自保护焊两种，其中打底为E6010纤维素焊条下向焊，填充盖面部分有两种，一种为低氢型焊条E8018-G下向焊，多应用于大中型管道的穿越处，另一种为药芯焊丝E71T8-NilJ半自动焊，多应用于主线路焊接。由于长输管道输送压力高，因此长输管道所用钢管一般都是高碳钢制作，本工程的钢级为X60。

2 现场常见的焊缝质量缺陷分类和原因分析

在现场的项目管理中，线路安装过程中出现的焊接缺陷种类较多，在不同的标准中也有不同的分类方法，本文着重介绍焊接质量缺陷分为焊接成型缺陷及微观组织缺陷两类。

2.1 咬边缺陷

咬边的产生主要是由于焊接过程中熔敷金属管道未能完全盖住母材坡口，在母材与焊道边缘处留下低于母材的现象，在焊接过程中超过标准的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响，天然气长输管道均是易燃易爆的压力管道，咬边产生将降低管道焊接强度。分析原因主要有三个方面。

（1）电流太大、电弧过长、电弧力不集中导致熔池熔敷不到位。

（2）焊条或焊丝的倾斜角度不正确，出现偏吹现象。

（3）手法不稳，摆动不到位等。

其控制措施主要有：

（1）根据现场设备、环境、电焊工熟练程度选择合适的电流。

（2）焊接操作时电弧不要拉的过长。

（3）焊条摆动时在坡口边缘运条时稍慢，停留时间稍长一些经验做法。

2.2 夹渣缺陷

夹渣是指金属焊缝中存在的熔渣、铁锈或其它物质。缺陷一般分布在焊道根部或层间，常见的缺陷就是层间夹渣。经过调查分析产生夹渣的主要原因有三个方面。

（1）进行多层焊时焊条、焊丝等产生的熔渣没有清理干净，导致熔渣埋入焊道。

（2）焊接电流过小，熔渣不能充分融化浮出熔池。

（2）坡口太小或上层焊道与坡口间形成了夹角，熔渣不能充分融化浮出熔池。

有效控制夹渣产生的主要措施有：

（1）多道焊时要彻底清理上一道焊缝表面焊渣，即清根彻底。

（2）适当增加接头的坡口角度，采用角向磨光机平滑打磨过渡。

（3）严格按照焊接工艺规程施焊。

2.3 未熔合缺陷

未熔合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全熔合在一起形成的缺陷。分析主要原因：焊接电流小，填充金属熔化时无法顺利到达接头表面，接头表面清理不充分。控制措施是增大电流，增大线能量，严格按照焊接工艺规程加工坡口，及时清理上一道焊缝表面杂质，且不可过度打磨。

2.4 气孔缺陷

气孔是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有逸出残留在焊缝内部的情况。其形式有条形气孔、密集气孔、球形气孔、柱状气孔等。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面积很大的圆形气孔外，其它气孔的危害性一般都比较小，甚至还有止裂倾向。有效控制气孔措施有：采用角向磨光机清理接头及邻近表面无杂质，严格按工艺规程焊接，采用合理方式烘干和储存焊条。

2.5 裂纹缺陷

裂纹是长输管道焊接中危害性最大的一种缺陷。因管道裂纹存在延伸性或产生延伸扩展现象，因此在长输管道的施工中，裂纹缺陷是不允许存在的，通常也不允许返修，必须割口重焊。在管道施工过程中裂纹的产生基本都是由于工艺规程执行不到位，受外部应力太大造成。因此本文主要分析讨论造成管道焊接裂纹的分类：结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹，以及产生的原因和质量控制。

2.5.1 结晶、液化裂纹

结晶裂纹又称为凝固裂纹，是比较常见的一种裂纹。一般是在焊缝凝固过程中所形成，焊缝冷却过程中，先结晶的金属较纯，后结晶的金属含杂质较多，并富集在晶界，所形成的共晶都具有较低熔点。如FeS与Fe的共晶温度988℃。结晶后期，已经长大的晶粒阻碍了尚存在的液态金属的流动，低熔共晶物被排挤在柱状晶交遇的中心部位，形成液态薄膜。同时由于收缩受到了拉伸应力，可能会在这个薄弱地带开裂，就形成了结晶裂纹。结晶裂纹产生原因主要是由于熔池中杂质太多、冷却速度过快、外界应力太大所造成。管道施工中焊材、母材都是经过严格检验，排除材料不合格因素外，熔池中杂质太多一般都是因不按规程操作多次返修造成。另外，不预热强行组对也是造成冷却速度快和应力大的要因。

液化裂纹的形成机理基本和结晶裂纹相同。但是液化裂纹一般是在多层施焊时，先焊的焊道受后焊接焊道的热作用，会受到与热影响区的部分区域相同的影响，因此母材二次或多次受热后，达到较高的峰值温度，从而使晶界上的低熔点共晶物熔化，并在收缩应力的作用下造成开裂。控制及消减措施主要有减小热输入，避免焊缝中出现粗大的树枝状组织。另外，降低焊接速度使得晶粒的端部并列长大挤压在一起，以避免偏析的集中。再就是使用细直径焊条和小电流，不摆动和避免熔池过大一般也能够防止结晶裂纹。

2.5.2 延迟裂纹

延迟裂纹在管道施工中是最常见的裂纹。它属于冷裂纹的一种，一般在焊后几小时甚至几天后才开始出现，并随着时间的推移逐渐增多和加长。根据有关资料显示延迟裂纹的主要原因是母材的粹硬倾向、焊接接头承受的应力以及焊缝中的氢含量等方面。

分析产生延迟裂纹的因素主要有：

（1）组织因素。母材的粹硬倾向与组织晶粒越大，延迟裂纹的产生倾向也就越大，由于晶粒粗大，相变温度减低，使晶界偏析现象严重，增大了冷裂纹倾向。同时粹硬组织里晶格缺陷多，进一步导致了冷裂纹的产生。

（2）应力因素。焊接接头承受的应力主要包括焊接时产生的内应力及焊缝外加的力。焊接时热影响区金属膨胀，冷却时收缩所产生的体积差导致了热应力的产生，并且在焊缝相变时也存在一定的相变应力。在管道施工中，只要严格按照焊接工艺规程操作，以上两种情况产生的应力均可以控制在一个可以接受的范围。当在两个管口椭圆度相差较大组对、管道处于角度太大的弹性敷设强力组对的情况下，外部应力一般是产生冷裂纹的重要原因。③氢含量因素。在高强钢的焊接中，氢是导致冷裂纹产生的重要因素。焊接时由于电弧温度很高，使焊材、空气、坡口的赃物等其中含有的水分分解，行程氢原子或离子进入焊缝熔池中。当熔池快速冷却后，未来得及逸出的氢便以过饱和态留在了焊缝中。氢的扩散速度与焊缝的冷却速度、焊缝组织情况以及应力方向等方面因素均有关。

综合分析延迟裂纹产生的因素，避免其产生主要从减缓焊缝冷却速度、改善焊缝组织和减小焊接应力三方面进行控制。另外，焊接完成后施工机组进行焊接外观自检，合格后向检测公司进行无损检测申请，检测合格后进行防腐处理，不合格的焊口进行返修处理，返修要符合标准要求。

3 管道焊接质量检验和质量控制

3.1 质量检验

长输管道一般都是长距离输送油气，运行压力较高，为确保管道使用寿命及安全，必须对焊缝的施工质量进行检验，以确保管道不会在运行中泄露、爆管等，导致输送介质外泄，造成经济损失和环境污染。

长输管道质量检验目前主要是焊缝无损检测和管道耐压试验两个方面。无损检测是检验焊接质量的重要手段，在长输管道工程中，用得最为普遍的是X射线探伤和超声波探伤相结合的方法，检测质量达到标准要求。另外管道耐压试验（包括强度试验和严密性试验）也是检验管道质量重要环节。长输管道耐压试验一般分段进行，按照管道试压时最低点压力不超过管道屈服强度的90%，最高点达到设计压力的要求进行分段试压。

3.2 质量控制

管道质量控制因素主要可以归纳为以下几个方面：人员设备因素，材料因素，环境因素，工艺因素。由于管道施工前的焊接工艺都是经过了多种检验手段的检定，最后形成工艺，所以工艺一般不会存在问题。因此施工中产生的质量问题一般是由前三个方面造成的，质量控制就是控制人员、设备、材料、环境因素。

4 结束语

瞻望中国管道建设的前景，及天然气大发展前景，长输管道建设逐步进入高峰期。同时长输管道用钢钢材向着高强度发展，这就要求有更新的焊接技术支持，以提高管道的施工质量和运营中的安全性。相信在今后的长输管道施工管理中，又会出现一些新的课题等待我们去研究探讨。

参考文献

[1] 崔忠圻，主编.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2000

[2] 陈祝年，编著.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002

[3] 顾纪清，阳代，军编著.管道焊接技术[M].北京：化学工业出版社，2005