分析長輸天然氣管道焊接裂紋成因與對策

梁宇文

摘要：天然氣運輸是我國的重要工程，直接關(guān)系著廣大群眾的生活，如果天然氣在運輸中出現(xiàn)泄漏或故障會造成一定的安全事故，給群眾的人身安全帶來嚴重影響，因此，要格外重視天然氣的運輸問題。長輸天然氣在運輸過程中最容易產(chǎn)生的問題就是管道焊接處出現(xiàn)裂紋，給天然氣的正常運輸帶來阻礙。本文就針對長輸天然氣管道焊接裂紋的主要原因出發(fā)，提出解決管道焊接裂紋的有效對策，為提升長輸天然氣管道的運輸質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：傳輸管道;焊接裂紋;天然氣;成因

天然氣的用途十分廣泛，在我國的需求量也很大，不僅能用于發(fā)電、給居民提供燃料，同時還能作為化工原料參與到各種生產(chǎn)活動中，因此，天然氣的長途運輸也十分必要。天然氣主要是通過管道進行運輸，對管道的要求也相對較高，一旦管道出現(xiàn)問題就會影響運輸速度，甚至會造成嚴重的天然氣泄漏問題，埋下火災隱患，造成嚴重的經(jīng)濟損失。所以，在長輸天然氣的過程中，要重點關(guān)注管道的質(zhì)量安全，降低管道泄漏問題。

1.造成長輸天然氣管道焊接裂紋的主要原因

長輸天然氣管道焊接處出現(xiàn)的裂紋主要包括以下幾種，第一種是冷裂紋，這種裂紋出現(xiàn)的最主要位置是管道的熔合線。在管道的焊接點會出現(xiàn)淬硬組織，這種組織不能得到完全消減，這就給熔合線的脆化打下基礎。同時，氫分子會在焊接處停留，不斷減少焊處的韌性，在焊接存在問題的部位進行聚集，最終導致局部焊接點壓力過大，形成冷裂紋。第二種是熱裂紋，這種裂紋是運輸管道在較高的溫度下產(chǎn)生的裂紋，其主要產(chǎn)生的部位在管道的焊縫內(nèi)部。并且在溫度的影響下，管道的裂紋也呈現(xiàn)不同區(qū)域分布的特點，主要包括縱向裂紋、根部裂紋以及橫向裂紋[1]。每一種裂紋的產(chǎn)生都與管道中的結(jié)晶存在不可割裂的連接，一旦管道的焊接處存在某種與管道材質(zhì)不符合的雜質(zhì)，就會在焊接過程中出現(xiàn)裂紋。同時，在使用過大的焊接應力時，管道內(nèi)的結(jié)晶會出現(xiàn)被拉裂的形態(tài)，從而出現(xiàn)裂紋。第三種是再熱裂紋，從字面上看，就是對已經(jīng)焊接好的管道重復焊接的過程而產(chǎn)生的一種裂紋。其主要產(chǎn)生的位置包括熔合線以及晶粗位置，運輸管道的焊接位置在溫度以及預應力的作用下，會產(chǎn)生裂紋。故而這種再熱裂紋的產(chǎn)生頻率較高。第四種是層狀撕裂裂紋，這種裂紋主要是因為管道中存在雜質(zhì)，在焊接時，管道會受到垂直方向的應力，并且通過溫度影響，應力逐漸導致管道出現(xiàn)層狀撕裂裂紋，其最普遍的形態(tài)是階梯狀。以上幾種裂紋都是長輸天然氣運輸管道存在的主要裂紋種類，都會對天然氣的運輸帶來影響，因此需要針對這些裂紋進行有效控制，避免天然氣管道出現(xiàn)泄漏的情況，造成不可挽回的損失。

2.解決長輸天然氣管道焊接裂紋的有效對策

2.1選擇優(yōu)質(zhì)的焊條

在焊接長輸天然氣管道時，避免裂紋出現(xiàn)的最有效方式就是選擇合適的焊條工藝參數(shù)[2]。根據(jù)管道焊接的主要流程，選擇最符合實際焊接要求的焊條，重點關(guān)注焊條能否達到焊接最大焊接線能量這個標準。從而使氫分子在向周圍進行快速擴散時，達到焊接部位快速冷卻的目標。一旦發(fā)現(xiàn)在焊接過程中出現(xiàn)焊接能量越來越大的問題，就要重點關(guān)注焊接時產(chǎn)生的熱組織情況。采取有效的手工向下焊接方式能有效提高焊接質(zhì)量，避免管道出現(xiàn)裂紋的情況發(fā)生。

2.2細化控制每種焊接裂紋

每種裂紋的產(chǎn)生原因都存在差異，因此在進行控制時也要根據(jù)不同的裂紋采取不同的控制手段。如在冷裂紋的控制中，可以使用堿性焊條達到減少管道中氫分子含量的目標，需要注意的是一定要按照相應規(guī)定對對應力以及熱處理進行控制，從而使得焊接位置的溫度快速降低[3]。故而在長輸天然氣管道的焊接中，要進行前期的預熱工作，結(jié)束后進行適當冷卻，能有效提升焊接位置的干燥性。與此同時，還要做到不能將雜質(zhì)帶入到焊接位置，給后續(xù)出現(xiàn)裂紋埋下隱患。在對熱裂紋進行控制時，同樣可以使用堿性焊條，但一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)定按照順序進行使用，能有效降低雜質(zhì)的存在。另外還能通過逐漸增加焊縫系數(shù)的方式，減少中心線處裂紋的產(chǎn)生。

2.3強化長輸天然氣管道焊接管理工作

管理工作主要是通過人員來實現(xiàn)的，因此，要針對長輸天然氣管道的焊接工人具備國家認可的資質(zhì)，同時擁有長期的焊接經(jīng)驗，熟練掌握各種焊接技術(shù)，從根本上保證管道的焊接質(zhì)量。另外，要讓焊接工人端正工作態(tài)度，對崗位抱有高度責任心，讓管道的焊接的每個環(huán)節(jié)都能保質(zhì)保量完成。最后，還要提高對焊接工人的福利待遇，讓焊接工人能用更加認真的工作態(tài)度投入到管道焊接工作中，將管道的焊接質(zhì)量與自身的職責進行明確連接。通過對人員的有效管理，才能發(fā)揮出管理的最大價值，讓管道焊接質(zhì)量得到保障。

2.4提高長輸天然氣管道的焊接技術(shù)

技術(shù)的提升是保證管道焊接質(zhì)量的有效手段。要想減少長輸天然氣管道的焊接質(zhì)量，首先要對管道焊接的實際環(huán)境進行全面考察，從而對焊接技術(shù)進行針對性優(yōu)化，減少環(huán)境因素給焊接質(zhì)量帶來的影響。不同的氣候環(huán)境采取的焊接技術(shù)也存在差異。如在強風的環(huán)境中，就要在焊接中對藥芯焊絲進行重點提升，并且可以通過半自動向下技術(shù)進行焊接以便提高管道的抗風能力。與此同時在管道的最初點與最末點進行焊接時，要對使用的技術(shù)進行全面考量，采用后退引弧技術(shù)能明顯減少管道焊接時出現(xiàn)的裂紋，提高焊接質(zhì)量，減少管道泄漏的風險。由此可知，長輸天然氣管道的裂紋控制不能得到百分百保證，還需要對技術(shù)進行不斷改進，才能最大限度減少裂紋的產(chǎn)生。

2.5優(yōu)化全自動焊接工藝技術(shù)

相關(guān)技術(shù)人員應該立足管道對焊接質(zhì)量的要求，選定合適的焊接工藝，提高管道焊接的自動化程度，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定，最終使得焊接接頭力學性能更加優(yōu)良。比如在中亞天然氣管道（長輸管道）焊接過程中，為了避免出現(xiàn)裂紋，取得良好的焊接效果，技術(shù)人員采用全自動化焊接技術(shù)，結(jié)合P260熱焊系統(tǒng)、CRC內(nèi)焊機，利用CRC—EVANS公司的復合坡口型式，調(diào)整內(nèi)坡口角度和高度，對管口待焊區(qū)的鐵銹進行及時清理。在正式焊接過程中利用抗斷裂能力的X80鋼，根焊采用符合AWS A5.18的焊絲（φ.9mm ER70S—G），為防止焊VI產(chǎn)生淬硬組織出現(xiàn)裂紋，在加熱過程中應該確保預熱溫度均勻（始終維持在150℃-200℃之間），使用的焊接線能量不能超過10 kJ/cm，根焊焊接電流為200-220A，送絲速度為9-10m·min-1，電弧電壓為20-22V，并在操作中對焊縫外觀進行檢查，隨時觀看焊縫是否有咬邊現(xiàn)象，提升焊縫外觀整齊度，避免出現(xiàn)燒穿、分解裂紋等情況，確保工藝設計符合API外觀檢驗標準。對接頭焊縫進行100%無損探傷測試，經(jīng)過“刻槽錘斷實驗”對焊縫單值、平均值進行把控，利用“側(cè)變實驗”，判斷焊接力學性能，避免出現(xiàn)未熔合缺陷，對各參數(shù)進行過程跟蹤，嚴格控制焊槍擺動速度，確保焊接工藝技藝符合質(zhì)量要求。

結(jié)束語：

縱觀全文，天然氣在我國的使用量及使用范圍極為廣泛，長輸天然氣也十分普遍，為確保運輸質(zhì)量需要對運輸管道的質(zhì)量進行重點控制，確保其能給天然氣的運輸提供安全保障。針對管道的各種裂紋產(chǎn)生原因，可以通過選擇優(yōu)質(zhì)的焊條、細化控制每種焊接裂紋、強化長輸天然氣管道焊接管理工作以及提高長輸天然氣管道的焊接技術(shù)等方式，有效減少管道焊接中出現(xiàn)的裂紋，避免天然氣泄漏，提高管道運輸效率及質(zhì)量，給天然氣的正常使用提供基礎保障。

參考文獻：

[1]王旭， 帥健. 輸氣管道環(huán)焊縫表面裂紋管道極限載荷計算方法[J]. 天然氣工業(yè)， 2019， 039（003）：94-101.

[2]張雷. 長輸天然氣管道焊接裂紋成因及控制對策[J]. 名城繪， 2020， 000（004）：1-1.

[3]鄭何程. 長輸天然氣管道焊接裂紋成因及控制對策[J]. 石化技術(shù)， 2019， 026（002）：248-248.