油田管道隐患治理工程焊缝质量缺陷分析与防治

孟德峰 靳付魁

摘 要：管道隐患治理工程施工质量是管道长期、安全、稳定运行的根本，而焊接质量则是保证施工质量的重要质控点。本文以管道隐患治理工程无损检测专项检查为依托，从检验焊接内在质量的无损检测入手，通过射线探伤的方式对焊缝进行抽检、对底片进行复评的方法，统计焊接过程中易出现缺陷的种类、返修焊缝缺陷的种类，并分析其产生的原因，提出减少焊接缺陷的解决办法。

关键词：焊缝；无损检测；缺陷；防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.074

胜利油田管道在原油外输等方面起着举足轻重的作用，但由于管道在运行过程中受到环境、人为、腐蚀等因素的影响，其安全性会降低，一旦发生泄漏或断裂将直接影响生产并有可能引起爆炸、燃烧、中毒等重大事故。

1 胜利油田管道建设现状

2015年工程站共接收申报185项，其中管道类占压隐患治理工程22项，占申报数量的12%；2016年工程站共接收申报228项，其中管道类占压隐患治理工程24项，占申报数量的10.5%。2016年管道类占压隐患治理工程在数量和投资额上较上年都有所提升。

管道隐患治理工程属于改造项目，在原有管线的基础上进行更新维护，与新建管线工程相比较，一是各建设单位需要缩短原油外输停工时间，工期较短；二是考虑到原管线现有建（构）筑物、河流、耕地等因素，其施工作业面较小，管材堆放场地受限，管沟开挖、放坡以及焊缝组对、焊接、无损检测等工序施工难度增大。

2 通过无损检测发现焊缝缺陷问题

为保证数据的准确性与公正性，共抽取10家建设单位7家施工单位4家检测公司的12项管道隐患治理工程进行检查，检查数据如下：

（1）截止10月31日，12项工程完成焊口总数1522道。

（2）按照30%的焊口总数及返修口必查的比例，检查焊口数503

道，底片共计2444张。

（3）采用射线探伤方法抽拍焊口24道（其中3项工程不具备抽拍条件），合格22道，合格率91.67%。

（4）发现无损检测单位超标缺陷错评、漏评底片3张。

（5）缺陷超标底片合计85张，返修焊口78道（含上述3道焊

口），焊接一次成功率为94.88%，略低于各施工单位施工组织设计中承诺的焊接一次成功率不低于96%的要求。

3 缺陷产生分析

通过对2444张底片复评统计缺陷的种类，发现导致焊缝需要返修的缺陷主要包含圆形缺陷、条形缺陷、未熔合及未焊透长度超标及少量裂纹的存在。圆形缺陷、条形缺陷属于施工质量通病，危害性较小，主观意识加强就可以避免，而裂纹、未熔合、未焊透作为危害性极大缺陷，其存在将明显减少焊缝的承载截面面积，削弱静载强度，显著降低焊接接头的机械性能。并且这些缺陷在日后使用中受介质冲刷易形成缺口，导致产生裂纹并扩展造成脆断，从而发生泄漏。这三种缺陷产生的原因主要有：

（1）管道隐患治理工程的管道材质多为普通碳素钢，不用进行焊后热处理。这3处裂纹均与熔合线平行，呈纵向分布于焊缝表面，故可以判定为冷裂纹。产生的主要原因为：

焊缝中氢的存在：有1家施工单位考虑到使用的焊接电流较大、焊口清理不需要太彻底、产生烟尘较少等原因选择了酸性焊条而不选择碱性焊条。这样在焊接过程中，温度降低时，氢原子扩散能力大大下降，导致马氏体中的氢处于过饱和状态，氢原子会逐渐析出结合成了分子氢，造成金属内局部形成很大的压力，从而使金属产生裂纹。氢在焊接接头中的存在，使马氏体脆性增加，裂纹出现的可能性增加。

焊接过程中产生较大的拘束应力：拘束应力包括焊接时热胀冷缩引起的收缩应力、组织转变时产生的组织应力和阻止焊接结构变形的机械应力，这些应力的存在都会导致裂纹出现的可能性。拘束应力的产生在施工过程中主要为管材强力组对、弯头尺寸存在偏差等。如梁南管理区至纯梁首站输油管线抽检的2道不合格焊缝中有1道是“死口”。

（2）未熔合可分为根部未熔合、层间未熔合以及坡口未熔合3种。未熔合是一种类似裂纹，极其危害的缺陷，在交变载荷下极易开裂。从底片看，本次检查发现未熔合缺陷的14张底片均为根部未熔合。根据底片评定、检查施工现场以及追溯组对、焊接记录、焊接工艺评定、焊接操作指导书等施工资料发现其产生的主要原因为：坡口角、间隙过小，钝边太厚，错边量超标时会导致母材不能完全熔合，熔敷金属无法渗入焊缝根部形成可靠連接；焊接电流过小，焊接速度过快会导致热量、熔池体积减少，实际熔深低于母材厚度，焊接线能量不足，以致母材金属不能全部熔透；焊条偏心会产生电弧偏吹现象，使得偏离部位（如母材）所得到的热能不足以熔化基体金属或上道焊层的熔敷金属，从而出现未熔合。

（3）本次发现未焊透的11张底片均为单面焊根部未焊透。其产生主要原因为：组对间隙过小，导致焊件的间隙或钝边未被熔化而留下间隙，从而产生未焊透。如梁南管理区至纯梁首站输油管线抽检的2道不合格焊缝中另有1道焊口存在。

4 焊缝严重缺陷的防治措施

由于焊缝及热影响区在焊接过程中组织与性能发生了变化，针对裂纹、未熔合、未焊透这3类危害性较大的缺陷，可通过以下工艺措施将其控制在一定范围内：

（1）减少裂纹产生。焊接时建议采用能有效地脱硫脱磷，冲击韧性较高的碱性焊条，以减少氢的来源；在焊接前按照焊条说明书严格烘干焊条，按照焊接实验室出具的焊接工艺评定报告制作焊接作业指导书，保证焊接电压在20-25V，焊接电流在焊条直径范围内选取较大电流，减慢焊接速度，防止出现淬硬组织；在焊后对焊缝立即进行全部或局部的加热、保温、缓冷以使焊接接头中的氢有效的逸出。同时焊接完成后，对口器不要立即撤出。

（2）减少未熔合产生。严格按照焊接操作指导书的要求加工坡口及钝边，以减少组对过程产生的错边；每一道焊接工序完成后加强层间的清理；正确选用焊接电流和焊接速度，注意焊条摆动和角度等。

（3）减少未焊透产生。现场若需要修磨坡口，建议使用机械打磨，以保证坡口及钝边尺寸符合要求；组对间隙、焊接电流、焊接电压要满足焊接工艺评定要求，以保证焊透；多层焊时的打底焊，应使用焊条直径不超过3.2mm的焊条；焊接过程中弧长不宜过长，建议始终保持0.5-1倍的焊条直径。