壓力管道焊接接頭裂紋原因分析

孫廣武

摘要：在壓力管道工程的安裝過程中，進(jìn)行管道之間的焊接是非常普遍的方法，管道焊接質(zhì)量的好壞能夠影響管道在后續(xù)當(dāng)中的使用，是專業(yè)技術(shù)人員都重點(diǎn)關(guān)注的管道安裝的環(huán)節(jié)。同時(shí)，在壓力管道發(fā)生的事故當(dāng)中，由于管道焊接的質(zhì)量而導(dǎo)致事故發(fā)生的比重是很大的。所以必須提升管道焊接技術(shù)專業(yè)人員的焊接技術(shù)和焊接能力，提高管道焊接的質(zhì)量，從而使得整個(gè)壓力管道工程的安裝質(zhì)量得到提升。本文對壓力管道焊接接頭裂紋原因進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：壓力管道;焊接接頭;裂紋原因

引言

壓力管道作為輸送液體或氣體的管狀特種設(shè)備，保障管道質(zhì)量合格是管道安全運(yùn)行的前提。根據(jù)管道設(shè)計(jì)承壓能力采用不同材質(zhì)，同時(shí)分為不同級(jí)別。文中通過對材料性能、組織等分析，得出焊接接頭出現(xiàn)裂紋的客觀原因，并提出相應(yīng)改進(jìn)措施，為該材料的管道焊接提供參考。

1概述

近年來，該國發(fā)生了幾起安全事件，為定期檢查壓力管道提供了便利。由于歷史原因，壓力管道的制造和安裝嚴(yán)重不足，定期檢查往往時(shí)間短，規(guī)模大，要求高。在定期檢查壓力管道時(shí)，焊接接頭通常必須按照相應(yīng)的檢查規(guī)范接受一定百分比的抽檢檢查。壓力管道的厚壁通常較?。ㄐ∮?0mm），因?yàn)闄z測效果不好，檢測質(zhì)量很難控制等。埋在焊接接頭中的缺陷通常需要進(jìn)行射線檢測，而不是常規(guī)的超聲波檢測。但是，在實(shí)踐中，由于人員集中、交叉行動(dòng)等因素，一些地方使用的壓力管道很難實(shí)施。這些地區(qū)往往是優(yōu)先檢測區(qū)，一旦發(fā)生事故，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。此外，對壓力管道進(jìn)行的定期測試表明，存在無法及時(shí)清除的合規(guī)性缺陷，需要進(jìn)行使用情況評(píng)估，這需要收集諸如缺陷深度和高度等重要信息，并且通常需要進(jìn)行輻射測試

2 TOFD檢測原理

TOFD技術(shù)使用兩個(gè)大角度超聲換能器（探針）對焊縫的兩側(cè)進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)射探針發(fā)出超聲波信號(hào)到達(dá)被檢測對象時(shí)，接收探針接收多個(gè)聲波信號(hào)，如直波、底面反射波和波可以通過測量這些聲波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間并結(jié)合其傳播聲波序列之間的幾何關(guān)系，對缺陷的大小和位置進(jìn)行定量測量。與傳統(tǒng)的超聲波檢測不同，TOFD檢測技術(shù)不僅依靠缺陷回波信號(hào)振幅值來確定缺陷大小，還根據(jù)缺陷衍射信號(hào)傳播時(shí)間來確定缺陷大小，測量缺陷大小的精度較高。

3裂紋原因分析

從微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)，管道外表面焊道寬深比大，直接造成焊縫柱狀晶垂直向上生長，晶界處一般為先析鐵素體，晶界處強(qiáng)度降低和表面成形不佳的應(yīng)力集中的存在，可能造成焊接接頭在筒單元管道滾圓時(shí)抗拉性能差，接頭焊接時(shí)焊縫的橫向收縮由于受到限制，勢必產(chǎn)生橫向拉伸應(yīng)力，較寬的焊道，由于橫向收縮量大，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力比正常焊道的大，從而導(dǎo)致該位置產(chǎn)生穿晶狀態(tài)的裂紋，而不是由于出現(xiàn)淬硬組織造成的延遲裂紋或由于偏析造成的熱裂紋，管道內(nèi)表面焊道晶粒組織較細(xì)，為后焊道熱處理過的接頭組織狀態(tài)，力學(xué)性能應(yīng)該較佳，但是還是出現(xiàn)了一些裂紋，其原因是由于內(nèi)表面成形較差造成焊趾成形較差處的應(yīng)力集中大，從而導(dǎo)致焊接接頭在筒單元管道滾圓時(shí)該處產(chǎn)生了大于該位置抗拉強(qiáng)度的荷載，從而導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生穿晶形式開裂，焊接接頭成形越不好，裂紋的深度越大。在返修補(bǔ)焊的焊接接頭中，由于焊趾處過渡圓滑，因此在焊趾處未發(fā)現(xiàn)裂紋。一般情況下，焊接接頭在產(chǎn)生類似于滾圓的彎曲變形時(shí)，焊接接頭成形狀態(tài)直接影響到了成形的質(zhì)量。在所有標(biāo)準(zhǔn)要求的焊接接頭力學(xué)性能檢測中，均要求打磨彎曲試件的正反面余高，直到與母材平齊，并要求受彎曲的表面較為光滑，否則在接頭焊趾處會(huì)產(chǎn)生裂紋，這個(gè)原理與本工程中焊縫產(chǎn)生裂紋的原理一致。

4壓力管道焊接技術(shù)的應(yīng)用

4.1管道定位

清洗管道雜質(zhì)后，應(yīng)進(jìn)行成組和定位，定位時(shí)應(yīng)確保管道兩側(cè)內(nèi)壁租用，并控制壞側(cè)的數(shù)量。如果兩面壁厚度不同，則必須將其研磨。固定連接時(shí)，將固定兩側(cè)的管道，并采取適當(dāng)措施防止因溫度不均衡而變形。不同的焊接部分采用相同的焊接方法，這意味著在按照規(guī)范進(jìn)行焊接之前，焊接人員必須了解焊接工藝和操作方法。

4 .2填充層焊接

填充層焊接前，應(yīng)徹底清除底層焊接渣。填充層焊接時(shí)，應(yīng)遵循兩側(cè)焊接速度慢、速度快的運(yùn)輸原則，確保填充層焊接平整。焊接時(shí)，必須移除圖層上的渣以確保邊平滑化。焊機(jī)可以控制焊接棒的速度和移動(dòng)角度，減小焊接電弧焊，及時(shí)改變?nèi)鄢販囟?，有效防止焊道空氣孔和緊固渣的出現(xiàn)。

4.3基礎(chǔ)焊接

壓力管道保護(hù)層焊接完成后，焊工應(yīng)再次將焊道熔入管道內(nèi)，并進(jìn)行密封處理，以確保壓力管道內(nèi)焊接高度和寬度符合要求，穩(wěn)定管道焊接并提高焊接質(zhì)量此外，質(zhì)量缺陷，如殘馀物、空穴、空隙等。，關(guān)于管道，應(yīng)在仔細(xì)檢查后及時(shí)處理。

5提高壓力管道焊接技術(shù)質(zhì)量的有效措施

負(fù)責(zé)壓力管道焊接工作的單位應(yīng)構(gòu)建完善的焊接質(zhì)量管理體系，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和管理體系，將單位內(nèi)所有焊工的電焊技術(shù)與國家焊接管理體系和規(guī)定的要求相結(jié)合，以便更好地規(guī)范管路一旦建立了相應(yīng)的制度，在今后的焊接工作中更有必要更好地實(shí)施，在各個(gè)焊工和焊工鏈之間詳細(xì)劃分焊接責(zé)任，并在出現(xiàn)問題時(shí)更快地找到負(fù)責(zé)人，從而提高焊工的責(zé)任意識(shí)使每位焊接技術(shù)人員詳細(xì)了解所需要的鏈的操作方法和操作規(guī)范，使技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到鏈對整個(gè)焊接工作的重要性，提高焊接人員之間的合作能力和合作意識(shí)。與此同時(shí)，有必要建立有關(guān)部門對焊接工作進(jìn)行檢查和質(zhì)量控制，發(fā)展科學(xué)嚴(yán)格的接收系統(tǒng)，提高壓力管道貫穿各環(huán)節(jié)的焊接質(zhì)量。

6壓力管道表面焊縫的檢測

在進(jìn)行壓力管道無損檢測之前，必須首先檢查管道表面焊縫的外觀，要求焊縫外觀和焊縫表面質(zhì)量良好，焊縫寬度的每一側(cè)大約復(fù)蓋焊縫邊緣2mm，以及焊腳的高度其次，檢測表面管道焊接接頭時(shí)，接頭不應(yīng)出現(xiàn)空氣孔、裂紋、緊固渣、熔斷缺陷等質(zhì)量問題。不銹鋼壓力管道焊接面不能出現(xiàn)焊接邊現(xiàn)象，其它材料的管道焊接邊深度必須小于0.5mm，焊接兩側(cè)的總焊接邊長度不得大于總長度的10%壓力管道表面無損檢測時(shí)，鐵磁壓力管道應(yīng)選擇磁粉檢測方法，鐵磁非磁粉壓力管道應(yīng)選擇滲透檢測方法，管道焊接接頭有裂紋傾向，進(jìn)行無損檢測

7建議

裂紋一般在靠近熔合線附近的焊縫中產(chǎn)生，裂紋的深度與接頭成形狀況直接相關(guān)，成形越差，裂紋深度越大，為穿晶斷裂形式裂紋。在返修補(bǔ)焊的焊接接頭焊趾處過渡圓滑，未發(fā)現(xiàn)此處有裂紋產(chǎn)生。

結(jié)束語

和射線檢測一樣，超聲成像檢測能夠檢測出所制作試板中的所有焊接缺陷。和射線檢測相比，超聲成像檢測用于缺陷定位和缺陷定量具有優(yōu)勢，用于缺陷定性優(yōu)勢不明顯。壓力管道定期檢驗(yàn)時(shí)，在射線檢測難以實(shí)施的場合，可以采用超聲成像檢測作為射線檢測的補(bǔ)充。

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