长输管道焊接施工中裂纹的控制方法探究

长输管道焊接施工中裂纹的控制方法探究

张彦博

中石化胜利油建工程有限公司第四项目管理部 山东省东营市  257000 

摘要：天然气长输管道是天然气运输的重要载体，管道焊接质量直接关系着管道运行安全。长输管道焊接期间焊接裂纹是其常见问题。文章以焊接裂纹为中心，首先分析了焊接裂纹出现的原因，其次对天然气长输管道材料以及裂纹类型等进行了介绍，最后从多个层次对焊接流程进行优化，及时降低焊接裂纹出现率，目的在于提高天然气长输管道焊接裂纹预防水平。

关键词：长输管道；焊接裂纹；焊条处理；管口预热

1长输管道运输的特征

分析长输管道之所以拥有广泛的适用性在于它做到了安全和保护的，不仅可以实现石油资源的连续运输，受天气和地理环境改变的影响很小，并且由于在运输中没有形成噪音环境污染，本身对燃料的消耗也很少，考虑到绝大多数远距离运行管线埋藏于地下深处，受到土层环境以及地形地势的影响较为显著，因此，长输管道焊接施工工艺以及裂纹防治措施的针对性应用，才能避免远距离油气资源运输过程中产生的损耗，极大地节省油气资源远距离运输的成本。除此之外，由于远距离长输管道的运输具备灵活性较差的特性，因此，只有在大批量油气资源运输过程中才会考虑远距离运输方式，保障对大批量油气资源的集中性管理，使用同一远程控制操作后台实现对远距离油气资源的自动化管控。

2长输管道焊接裂纹出现原因

焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹、延迟裂纹等，要想解决天然气长输管道焊接裂纹问题，必须掌握长输管道焊缝裂纹出现的原因，确定裂纹症结才能够对症下药。经过长时间的实践和分析研究，发现形成裂纹的原因主要有以下五点：首先是热影响区低塑性淬硬组织，这主要出现在焊接接头韧性与基体匹配方面，管线钢焊接过程焊缝热影响区受焊接热循环影响，温度会上升到母材熔点附近，焊缝两侧会分布晶粒粗大组织区，即焊接热影响区，热影响区与母材原始性能相比，韧性损失较大，是裂纹的开裂源或沿焊道方向长程扩展的通道；其次是焊接过程的温差方面，一次不能完成全部焊道形成焊接过程的隔夜焊口，由于温差变化较大再焊接冷热不均匀，若不能及时处理，必然会增加长输管道焊接性能脆性；第三是扩散氢影响，扩散氢主要来源是焊材中的水分和坡口表面的油污、铁锈、水以及大气中的水汽等，尤其是碱性焊条烘干不规范、焊口周围除湿除潮措施落实不到位会形成更多的扩散氢，氢超过临近压力界点后，管道承受压力值变为最大，可能会裂变继而引发裂纹，管道裂变愈加严重，裂缝数量增多；第四是拘束应力方面，由于现场施工时候安装组对精度受限制，如：管道变形、错位等，在焊口的组装过程中总会存在或多或少的强力组对，这样在组装完成后便存在着内应力，这种应力即便进行热处理也不可能完全消除，还有就是管道焊接实际就是一个局部加热与冷却的过程，焊接过程会产生应力与应变循环，必然会存在残余应力；第五是焊接工艺执行方面，焊接电流不按规程要求随意增大必定会对焊缝结晶过程造成较大的影响，晶粒粗大冲击韧性不足，长时间的运行必定会造成焊接裂纹。长输管道焊接施工期间，施工工艺操作不到位或者是细节处理不到位，焊接专业性不够等，都会影响到天然气长输管道的焊接质量，增加裂纹出现风险。此外若焊接施工中焊缝内部应力大或者是材料质量密实性不足，材料均匀性差等，同样会影响到焊接管道的性能潜力，无法达到理想的焊接目的。长输管道若存在裂纹隐患，长输管道应用中频繁振动或者是缺陷处理不及时等，都会加剧裂纹现象。对天然气长输管道焊接的影响因素较多，如施工条件特殊等情况，需要深层次研究管道焊接流程，科学选择焊接材料。

3长输管道的焊接裂纹的控制

3.1冷裂纹的防控措施

冷裂纹的防控措施重点在于焊接过程中对于氢气气体的控制、降低焊接过程中拉伸应力等方法作为切入点。首先，为了避免在焊接过程中产生大量的氢气气体，尽可能地避免选择氢气含量较高或碱性较高的焊接化学剂，需要注意的是，如果焊接化学剂储存时间较长，也可能会从外界空气中吸收空气中水分，而在高温作用下释放出氢气，进一步增加焊接过程中的氢气扩散量。焊接化学剂在使用之前必须要通过特殊的烘干工艺，将其中的水分去除，这样才能尽可能地减少焊接过程中由于高温引发的氢气气体扩散。除此之外，还需要采用标准化的焊接工艺，在焊接之前，注意对焊接区域的提前预热以及不同温度曾的有效控制，这些方法能够有效地减少裂纹产生的可能性，焊接完成后就必须做好保温处理。

3.2热裂纹的防控措施

在对前面的剖析中我们能够发现，热裂纹的形成由于金属的内部应力的存在的关系，那么对热裂纹的研究就必须从这两方面入手。首先，对于板材中的易偏析出的元素的浓度需要更严密的管理，特别是硫元素和磷元素的增加都会导致裂纹形成概率的增大，实践经验表明，如果将焊缝中的碳的浓度限制在0.1%以下，就能够降低热裂缝的形成概率；另外还能够通过调节焊接中的化学元素的成分，改善焊缝组织以及提高焊条和焊剂之间的高碱度使焊条中的杂质减少。对应力的研究，可细化为钢材中的细小粒子，可以改善有害物质的散布情况和形态，以减少在焊缝之间的接线距离。

3.3再热裂纹的防控措施

可以通过适当提升加热温度以及管道焊接处的平滑度，持续性的降低焊接区域产生的应力，并且可以在充分保证长输管线物理性能的基础上，尽可能地考虑到长输管道材料的高温承受范围，避免长输管线在焊接高温条件下形成裂纹。除此之外，还应该根据长输管线的木材料选择强度适当的焊接设备接头，避免由于高温情况下应力影响导致长输管线焊接过程中的碳析颗粒较大。

3.4对各焊接裂纹区分控制

首先考虑到冷裂纹的影响因素，可以采用以下及类型防范措施。第一，尽可能选择含碱性较高的焊接化学剂，降低高温条件下氢气气体的扩散程度，有效的提升管道的可塑性。第二，进一步规范施工工艺，注重焊接施工过程中，对于冷热应力的分散以及焊接施工后的热处理，避免高低温瞬间转换带来的冷裂纹现象。第三，在管道焊接之前，应该进行提前预热，看见之后还应该缓解冷却速度，始终保持焊接区域的干燥性。第四，保障管道焊接区域的接口不存在其他杂质，在焊接完成之后，避免氢气气体的扩散。其次，对于热裂纹产生的因素，应该采取以下裂纹消除措施。第一，合理安排焊接施工顺序，尽可能采用碱性较强的焊接化学剂，并且提前处理焊口周边的杂质。第二，控制焊接施工区域的施工方向，避免焊接过程中焊接设备偏离中心线出现裂纹。除此之外，为了避免再热裂纹的产生，还应该尽可能选择对温度敏感程度较低的焊接材料，可以通过提前预热以及缓解焊接后的温度降低时间避免冷热瞬间应力下产生的裂纹问题。

3.5优选焊条的工艺参数选择

合适的焊条工艺参数是避免各类型裂纹出现的有效举措。对于焊条工艺参数的选择，首先必须要符合焊接施工工艺的规范流程，同时，还应该选择具备较强应用性能的焊条，这样才能够进一步提升焊条，阻止氢气气体扩散的能力，有效的缓冲焊接后焊接区域的冷却速度。除此之外，在长输管线焊接区域中，应该保障管道本身的材质以及焊接施工设备的等级达到国家标准规范要求，施工人员施工过程中应该手持施工设备向下进行焊接。

结束语

综上所述，对于天然气长输管道来讲，焊接裂纹不仅威胁长输管道的安全，同时也是天然气运输应用的安全隐患。裂纹的科学预防对天然气长输管道来讲尤为重要。裂纹的产生原因多元化，如温度变化、水分影响或者是焊接工艺等。明确裂纹出现具体原因的基础上，积极对症下药的制定解决措施，通过对焊接流程的梳理与注意细节的分析，多方面去改善天然气长输管道焊接条件，降低裂纹出现率，提高长输管道焊接质量。明确长输管道焊接各方面参数，严格按照焊接标准完成焊接操作，以此总结天然气长输管道焊接与裂纹预防经验，为后期焊接工作的开展与管道焊接水平的提高提供参考。

参考文献

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[2]王帮华.长输天然气管道焊接裂纹分析及控制探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(17):39-40.

[3]田立成.长输天然气管道焊接裂纹分析及控制探讨[J].全面腐蚀控制,2019,33(01):63-64+67.DOI:10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2019.01.063.02.