低溫環(huán)境下長輸管道焊接裂紋防護(hù)策略

倪京華

摘 要：焊接裂紋是焊接件中最常見的一種嚴(yán)重缺陷。在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。隨著油氣長輸管道的不斷發(fā)展，在國內(nèi)外管道工程施工越來越多，中石化在國內(nèi)近些年相繼建設(shè)了很多大型工程，例如川氣東送、西氣東輸二線和西氣東輸三線管道工程等等，管線材質(zhì)也在不斷提高，從X 60、X 70逐漸升高到X 80甚至達(dá)到了X 90，壁厚也從11mm、17.5mm 上升到22mm、26.4mm 和33mm ，材質(zhì)等級(jí)越高產(chǎn)生焊接裂紋的傾向越大。尤其在冬季焊接時(shí)極易產(chǎn)生致命的焊接裂紋缺陷，對(duì)管道的安全運(yùn)行埋下極大隱患，本文通過冬季施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和研究，總結(jié)了在極端低溫條件下焊接施工預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：冬季管道施工；焊前預(yù)熱；層間加熱；焊后保溫；焊接裂紋

針對(duì)國內(nèi)外很多地區(qū)冬季管道施工雪大、風(fēng)大、溫度低、天氣寒冷，焊接時(shí)需要采取防護(hù)措施，本文著重介紹了寒冷天氣下采取的冬季焊接裂紋的防護(hù)措施，在焊前預(yù)熱、層間加熱、焊后保溫等方面做了詳細(xì)的介紹。

1 管道焊接裂紋產(chǎn)生的原因

管道焊縫裂紋是焊接過程中或焊接完成后在焊接區(qū)域中出現(xiàn)的金屬局部破裂的表現(xiàn)。焊縫金屬從熔化狀態(tài)到冷卻凝固的過程經(jīng)過熱膨脹與冷收縮變化，有較大的冷收縮應(yīng)力存在，而且顯微組織也有從高溫到低溫的相變過程而產(chǎn)生組織應(yīng)力，再加上母材非焊接部位處于冷固態(tài)狀況，與焊接部位存在很大的溫差，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力等等，這些應(yīng)力的共同作用超過材料的強(qiáng)度極限則導(dǎo)致開裂。裂紋的存在大大降低了管道焊接接頭的強(qiáng)度，并且焊縫裂紋的尖

端也成為管道運(yùn)行承載后的應(yīng)力集中點(diǎn)，是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂的起源。管道焊接最常見的裂紋主要為冷裂紋和再熱裂紋，而冬季施工最容易出現(xiàn)冷裂紋。冷裂紋即焊接完成后冷卻到低溫或室溫時(shí)出現(xiàn)的裂紋，或者焊接完成后經(jīng)過一段時(shí)間才出現(xiàn)的裂紋（這種冷裂紋也稱為延遲裂紋），冷裂紋多出現(xiàn)在焊道與母材熔合線附近的熱影響區(qū)中，管道壁厚越大，冷卻過快造成冷裂紋可能性越大，其成因主要是與焊道熱影響區(qū)的低塑性組織承受不了快速冷卻時(shí)體積變化及組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。

長輸管道絕大多數(shù)裂紋發(fā)生在冬季環(huán)境下施工，通過現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，在產(chǎn)生的裂紋口中的98% 焊口都在冬季焊接時(shí)出現(xiàn)的，甚至還出現(xiàn)了比較少見的橫向裂紋。綜上所述，在保證焊材、管材本身不出現(xiàn)問題，不受地形因素影響，設(shè)備性能保證正常，焊接時(shí)參數(shù)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評(píng)定的情況下，產(chǎn)生管道焊接裂紋的原因主要有以下三個(gè)方面：（1）焊前預(yù)熱措施不到位，很難保證焊縫區(qū)域溫度；（2）母材厚度較大，冷卻太快，過于迅速；（3）施工準(zhǔn)備不足，層間伴熱和焊后防護(hù)措施不到位。

2 冬季焊接裂紋防護(hù)措施

根據(jù)管道冬季焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的原因，為了保證管道焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)裂紋和其他缺陷，結(jié)合西氣東輸三線西段二標(biāo)段管道工程的焊接施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了在冬季焊接時(shí)預(yù)防裂紋產(chǎn)生的預(yù)防措施：（1）較低溫度下焊前預(yù)熱措施。在冬季管道焊接時(shí)，必須提前預(yù)熱，在焊接工藝評(píng)定允許的情況下提高預(yù)熱溫度，如果管線壁厚比較大，應(yīng)延長預(yù)熱時(shí)間，使管道整個(gè)圓周方向均勻預(yù)熱。同時(shí)，由于環(huán)境溫度太低，冷卻速度較快，在冬季-5℃以下使用火焰加熱效果不佳，應(yīng)采用電加熱帶或者感應(yīng)加熱的方式對(duì)焊口位置進(jìn)行預(yù)熱，但能保證預(yù)熱均勻、預(yù)熱溫度滿足工藝要求，確保預(yù)熱充足，提高根焊焊接質(zhì)量，避免根部裂紋的出現(xiàn)。（2）層間持續(xù)伴熱措施。在冬季較低溫度下管道焊接，冷卻速度快，尤其根焊結(jié)束后熱焊、填充時(shí)層間溫度下降較快，即使采用火焰反復(fù)加熱，對(duì)于大口徑管道來說，該層還沒有焊接完溫度已經(jīng)降到很低。造成施工效率低下且焊口層間溫度無法保證，為了保證層間溫度，可采用電加熱帶進(jìn)行持續(xù)伴熱焊接，可以有效保證在冬季低溫嚴(yán)寒條件下焊口的層間溫度。（3）焊后保溫緩冷措施。冬季氣溫低、焊接完成后冷卻過快極易產(chǎn)生冷裂紋，采取措施降低焊口冷卻速度，采用焊接后立即鋪設(shè)保溫被保溫（見圖），降低冷卻速度。保溫被的寬度應(yīng)比裸露的鋼管母材寬度寬0.4m 以上，長度比管道圓周周長長0.2m以上，厚度具體根據(jù)管徑大小、壁厚大小而定，一般至少要保持在250m m 以上，例如在西三線管道工程中焊后保溫被達(dá)到了1m 寬、14m 長、0.5m 厚，有效保證了焊接質(zhì)量。（4）提高焊接周圍環(huán)境溫度措施。

考慮冬季焊接周圍環(huán)境條件比較惡劣，在極端嚴(yán)寒天氣下，制作保溫棚，同時(shí)在保溫棚內(nèi)增設(shè)浴霸、小太陽等輔助加熱設(shè)施，盡最大可能提高施焊周圍環(huán)境溫度，保證冬季焊口質(zhì)量。

3 結(jié)束語

在冬季進(jìn)行管道焊接時(shí)，為了保證焊接質(zhì)量，減少裂紋的出現(xiàn)，避免今后管線的運(yùn)行出現(xiàn)安全事故，為工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。1）使用環(huán)形火焰加熱器、電加熱帶或其他感應(yīng)加熱

方式進(jìn)行預(yù)熱，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，保證根部焊接質(zhì)量。2）采取電加熱帶伴熱的方式保證焊口層間溫度符合規(guī)范要求。3）焊后立即鋪設(shè)符合要求的保溫被，使焊縫緩慢冷卻到室溫，特別是壁厚大的管線要注意保溫措施，避免冷卻過快出現(xiàn)裂紋等缺陷。4）使用焊接保溫棚，提高焊接環(huán)境溫度，充分利用浴霸、小太陽等輔助設(shè)施進(jìn)行加熱。

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