長輸天然氣管道焊接裂紋成因及控制對策

中國石油天然氣股份有限公司管道分公司 河北 廊坊 065000

引言

長輸天然氣管道裂紋會(huì)對焊接件質(zhì)量造成較為直接的影響與破壞，最終會(huì)有安全隱患存在于管道當(dāng)中。焊接過程當(dāng)中所存在的工藝缺陷是導(dǎo)致焊接裂紋出現(xiàn)的主要原因，除此之外，焊接之后的環(huán)境變化也會(huì)導(dǎo)致裂紋現(xiàn)象出現(xiàn)。

1 長輸天然氣管道焊接裂紋的成因

1.1 冷裂紋 冷裂紋多出現(xiàn)在管道的熱影響區(qū)和熔合線部位，冷裂紋的出現(xiàn)一般多在多層焊接中，這種情況下主要是由于焊接接頭在淬硬組織產(chǎn)生的作用下，性能會(huì)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致脆化，而與此同時(shí)，氫分子會(huì)在焊接缺陷部位大量集聚，從而出現(xiàn)冷裂紋。從整體構(gòu)造上來講，冷裂紋又有縱向與橫向之分。而詳細(xì)來說，又分為穿晶型、晶間型或者二者混合的類型。當(dāng)相應(yīng)的管道焊接工藝完成以后，將沒有立即出現(xiàn)的裂紋稱為延遲裂紋，這種裂紋對管道作用的發(fā)揮有著極為不利的影響。

1.2 熱裂紋 管道在高溫的環(huán)境下出現(xiàn)裂紋就是指熱裂紋，焊縫內(nèi)部是熱裂紋發(fā)生的主要位置。天然氣管道的熱影響區(qū)域也會(huì)有部分裂紋分布，縱向裂紋、橫向裂紋以及根部裂紋等是熱裂紋的幾種主要表現(xiàn)形式。任何一種裂紋形式與結(jié)晶之間都有著較為密切的聯(lián)系，如果有雜質(zhì)存在于管道材質(zhì)中，會(huì)導(dǎo)致焊接工藝中出現(xiàn)不可避免的裂紋現(xiàn)象。除此之外，偏析是熔池結(jié)晶不可避免的一種情況，尤其是受到較大焊接應(yīng)力的作用結(jié)晶會(huì)呈現(xiàn)出一種被拉開的狀態(tài)，最終導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

1.3 再熱裂紋 長輸天然氣管道施工工藝具有復(fù)雜性，當(dāng)相關(guān)的焊接操作結(jié)束以后，在高溫作用下，會(huì)出現(xiàn)再熱裂紋，這種裂紋一般位于焊接接頭的熱影響區(qū)融合線附近的粗晶內(nèi)。再熱裂紋的出現(xiàn)與高溫應(yīng)力與合金碳化物等的狀態(tài)有著緊密的關(guān)系。另一方面，由于鋼材等材質(zhì)的特殊性，鋼材與焊縫內(nèi)含有一定量的合金元素，還受到焊接殘余力等因素的影響，在這種情況下，也會(huì)出現(xiàn)再熱裂紋。長輸天然氣管道鋼板內(nèi)部存在分層結(jié)構(gòu)的夾雜物，焊接中應(yīng)力的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致管道形成階梯狀的裂紋。

2 長輸天然氣管道焊接裂紋形成控制措施

2.1 冷裂紋的控制措施 焊接過程中，焊條必不可少，結(jié)合工程的施工要求科學(xué)選擇焊條，比如，如果管道焊接中對于氫含量等有嚴(yán)格的要求，就可以通過選用堿性焊條的方式來控制焊縫中的氫含量，從而實(shí)現(xiàn)對焊縫中塑性的控制，在一定的施工工藝要求下，保證焊接的整體質(zhì)量。冷裂紋處理主要是從以下方面進(jìn)行的：(1)焊接結(jié)束以后的熱處理環(huán)節(jié)，相關(guān)人員要控制應(yīng)力，避免應(yīng)力集聚。(2)焊接結(jié)束后，要科學(xué)控制焊縫冷卻的速度，做好相應(yīng)的熱處理，隨后再進(jìn)行冷卻處理。(3)管道材質(zhì)、焊條的選擇上，要盡量減少其中的氫含量，從源頭上加以控制。

2.2 優(yōu)選焊條的工藝參數(shù) 在避免裂紋產(chǎn)生的過程當(dāng)中我們可對多種方法進(jìn)行使用，現(xiàn)階段最為廣泛的就是優(yōu)選焊條工藝參數(shù)，在選擇工藝參數(shù)同時(shí)必須注意其符合焊接工藝流程，尤其是要滿足較大焊接線能量這一要求。在氫氣分子擴(kuò)散程度不斷加大的同時(shí)，焊縫冷卻速度得到真正緩解。如果有不斷放大焊接能量的問題存在，必須要注意會(huì)有熱組織產(chǎn)生在焊接過程當(dāng)中?？茖W(xué)應(yīng)用手工下向方式對管道焊接質(zhì)量的保障有推動(dòng)作用。

2.3 對各焊接裂紋區(qū)控制 就冷裂紋而言，其控制措施主要需從以下方面進(jìn)行：(1)科學(xué)選擇焊條，盡量選用氫含量較少的焊條，以提高長輸天然氣管道的塑。(2)在焊接處理中，要遵守使用的規(guī)范性，避免由于熱處理等不到位導(dǎo)致的應(yīng)力集聚現(xiàn)象。(3)預(yù)熱與緩冷分別在管道焊接前后進(jìn)行，科學(xué)控制管道冷卻的時(shí)間。而針對熱裂紋，需要采取以下的控制措施：(1)遵循規(guī)范的施工流程，科學(xué)控制管道的焊接順序與工藝，用一定量的堿性焊劑，使得焊縫中的雜質(zhì)含量等在一定的范圍以內(nèi)。(2)在焊接過程中，相關(guān)人員要提升焊縫形狀系數(shù)，避免在焊接操作中形成裂紋，管道選材上，要盡量選用管材中磷、碳、硫含量都符合工程要求的材料。(3)為了降低熱裂紋出現(xiàn)的概率，可以盡量選擇溫度敏感性較低的材料，隨后在焊接過程中合理安排焊接的工藝，對預(yù)熱處理等加以控制，避免焊接應(yīng)力的出現(xiàn)。對于層狀撕裂裂紋的控制，主要是要注意金屬冶煉環(huán)節(jié)雜質(zhì)含量的控制。

2.4 優(yōu)化長輸天然氣軌道焊接技術(shù) 我們需要在充分考慮焊接氣候環(huán)境的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對長輸天然氣管道焊接技術(shù)的不斷優(yōu)化。尤其是在不同外在環(huán)境的影響之下，所使用的技術(shù)之間也有所差異，從根本上避免環(huán)境對焊接質(zhì)量所造成的影響與破壞。例如，在風(fēng)力較大的自然環(huán)境中進(jìn)行焊接時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)對藥芯焊絲應(yīng)用不斷強(qiáng)化。除此之外，在提高管道抗風(fēng)能力過程當(dāng)中，我們可利用半自動(dòng)下向技術(shù)進(jìn)行管道焊接。焊接始末端點(diǎn)質(zhì)量是在焊接技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中所必須充分考慮的內(nèi)容，可利用后退引弧技術(shù)降低焊接裂紋出現(xiàn)的概率。

2.5 加強(qiáng)天然氣管道焊接管理 加強(qiáng)天然氣管道焊接管理，是從人為的角度上，降低裂紋的形成。首先，要保證焊工具有國家認(rèn)證的相關(guān)資質(zhì)，并且具有豐富的操作焊機(jī)經(jīng)驗(yàn)，能夠掌握關(guān)鍵技術(shù)要領(lǐng)。其次，焊接人員需要具備高度的責(zé)任新，保證長輸天然氣管道焊接每一步的高質(zhì)量操作。只有加強(qiáng)對焊接的人為管理，才能發(fā)揮出環(huán)境條件控制的有效性，最大化避免裂紋發(fā)生率。

結(jié)語

長輸天然氣管道焊接對于天然氣的科學(xué)利用具有重要的意義，這種管道所承受的輸送壓力較大，使得在焊接中要尤其注意其焊接質(zhì)量，避免焊接處理不到位所造成的管道泄漏事故。裂紋的控制是管道焊接中需要重視的問題，要針對裂紋出現(xiàn)的原因，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以施工控制，提高焊接的質(zhì)量。