长输天然气管道焊接裂纹成因及控制对策

2019-07-14

探索科学(学术版) 2019年12期

中国石油天然气股份有限公司管道分公司河北廊坊 065000

引言

长输天然气管道裂纹会对焊接件质量造成较为直接的影响与破坏，最终会有安全隐患存在于管道当中。焊接过程当中所存在的工艺缺陷是导致焊接裂纹出现的主要原因，除此之外，焊接之后的环境变化也会导致裂纹现象出现。

1 长输天然气管道焊接裂纹的成因

1.1 冷裂纹冷裂纹多出现在管道的热影响区和熔合线部位，冷裂纹的出现一般多在多层焊接中，这种情况下主要是由于焊接接头在淬硬组织产生的作用下，性能会发生一定的变化，导致脆化，而与此同时，氢分子会在焊接缺陷部位大量集聚，从而出现冷裂纹。从整体构造上来讲，冷裂纹又有纵向与横向之分。而详细来说，又分为穿晶型、晶间型或者二者混合的类型。当相应的管道焊接工艺完成以后，将没有立即出现的裂纹称为延迟裂纹，这种裂纹对管道作用的发挥有着极为不利的影响。

1.2 热裂纹管道在高温的环境下出现裂纹就是指热裂纹，焊缝内部是热裂纹发生的主要位置。天然气管道的热影响区域也会有部分裂纹分布，纵向裂纹、横向裂纹以及根部裂纹等是热裂纹的几种主要表现形式。任何一种裂纹形式与结晶之间都有着较为密切的联系，如果有杂质存在于管道材质中，会导致焊接工艺中出现不可避免的裂纹现象。除此之外，偏析是熔池结晶不可避免的一种情况，尤其是受到较大焊接应力的作用结晶会呈现出一种被拉开的状态，最终导致裂纹出现。

1.3 再热裂纹长输天然气管道施工工艺具有复杂性，当相关的焊接操作结束以后，在高温作用下，会出现再热裂纹，这种裂纹一般位于焊接接头的热影响区融合线附近的粗晶内。再热裂纹的出现与高温应力与合金碳化物等的状态有着紧密的关系。另一方面，由于钢材等材质的特殊性，钢材与焊缝内含有一定量的合金元素，还受到焊接残余力等因素的影响，在这种情况下，也会出现再热裂纹。长输天然气管道钢板内部存在分层结构的夹杂物，焊接中应力的出现会导致管道形成阶梯状的裂纹。

2 长输天然气管道焊接裂纹形成控制措施

2.1 冷裂纹的控制措施焊接过程中，焊条必不可少，结合工程的施工要求科学选择焊条，比如，如果管道焊接中对于氢含量等有严格的要求，就可以通过选用碱性焊条的方式来控制焊缝中的氢含量，从而实现对焊缝中塑性的控制，在一定的施工工艺要求下，保证焊接的整体质量。冷裂纹处理主要是从以下方面进行的：(1)焊接结束以后的热处理环节，相关人员要控制应力，避免应力集聚。(2)焊接结束后，要科学控制焊缝冷却的速度，做好相应的热处理，随后再进行冷却处理。(3)管道材质、焊条的选择上，要尽量减少其中的氢含量，从源头上加以控制。

2.2 优选焊条的工艺参数在避免裂纹产生的过程当中我们可对多种方法进行使用，现阶段最为广泛的就是优选焊条工艺参数，在选择工艺参数同时必须注意其符合焊接工艺流程，尤其是要满足较大焊接线能量这一要求。在氢气分子扩散程度不断加大的同时，焊缝冷却速度得到真正缓解。如果有不断放大焊接能量的问题存在，必须要注意会有热组织产生在焊接过程当中。科学应用手工下向方式对管道焊接质量的保障有推动作用。

2.3 对各焊接裂纹区控制就冷裂纹而言，其控制措施主要需从以下方面进行：(1)科学选择焊条，尽量选用氢含量较少的焊条，以提高长输天然气管道的塑。(2)在焊接处理中，要遵守使用的规范性，避免由于热处理等不到位导致的应力集聚现象。(3)预热与缓冷分别在管道焊接前后进行，科学控制管道冷却的时间。而针对热裂纹，需要采取以下的控制措施：(1)遵循规范的施工流程，科学控制管道的焊接顺序与工艺，用一定量的碱性焊剂，使得焊缝中的杂质含量等在一定的范围以内。(2)在焊接过程中，相关人员要提升焊缝形状系数，避免在焊接操作中形成裂纹，管道选材上，要尽量选用管材中磷、碳、硫含量都符合工程要求的材料。(3)为了降低热裂纹出现的概率，可以尽量选择温度敏感性较低的材料，随后在焊接过程中合理安排焊接的工艺，对预热处理等加以控制，避免焊接应力的出现。对于层状撕裂裂纹的控制，主要是要注意金属冶炼环节杂质含量的控制。

2.4 优化长输天然气轨道焊接技术我们需要在充分考虑焊接气候环境的基础上，实现对长输天然气管道焊接技术的不断优化。尤其是在不同外在环境的影响之下，所使用的技术之间也有所差异，从根本上避免环境对焊接质量所造成的影响与破坏。例如，在风力较大的自然环境中进行焊接时，必须实现对药芯焊丝应用不断强化。除此之外，在提高管道抗风能力过程当中，我们可利用半自动下向技术进行管道焊接。焊接始末端点质量是在焊接技术应用过程当中所必须充分考虑的内容，可利用后退引弧技术降低焊接裂纹出现的概率。

2.5 加强天然气管道焊接管理加强天然气管道焊接管理，是从人为的角度上，降低裂纹的形成。首先，要保证焊工具有国家认证的相关资质，并且具有丰富的操作焊机经验，能够掌握关键技术要领。其次，焊接人员需要具备高度的责任新，保证长输天然气管道焊接每一步的高质量操作。只有加强对焊接的人为管理，才能发挥出环境条件控制的有效性，最大化避免裂纹发生率。