油田管道隱患治理工程焊縫質量缺陷分析與防治

孟德峰 靳付魁

摘 要：管道隱患治理工程施工質量是管道長期、安全、穩(wěn)定運行的根本，而焊接質量則是保證施工質量的重要質控點。本文以管道隱患治理工程無損檢測專項檢查為依托，從檢驗焊接內在質量的無損檢測入手，通過射線探傷的方式對焊縫進行抽檢、對底片進行復評的方法，統(tǒng)計焊接過程中易出現(xiàn)缺陷的種類、返修焊縫缺陷的種類，并分析其產生的原因，提出減少焊接缺陷的解決辦法。

關鍵詞：焊縫；無損檢測；缺陷；防治

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

勝利油田管道在原油外輸等方面起著舉足輕重的作用，但由于管道在運行過程中受到環(huán)境、人為、腐蝕等因素的影響，其安全性會降低，一旦發(fā)生泄漏或斷裂將直接影響生產并有可能引起爆炸、燃燒、中毒等重大事故。

1 勝利油田管道建設現(xiàn)狀

2015年工程站共接收申報185項，其中管道類占壓隱患治理工程22項，占申報數量的12%；2016年工程站共接收申報228項，其中管道類占壓隱患治理工程24項，占申報數量的10.5%。2016年管道類占壓隱患治理工程在數量和投資額上較上年都有所提升。

管道隱患治理工程屬于改造項目，在原有管線的基礎上進行更新維護，與新建管線工程相比較，一是各建設單位需要縮短原油外輸停工時間，工期較短；二是考慮到原管線現(xiàn)有建（構）筑物、河流、耕地等因素，其施工作業(yè)面較小，管材堆放場地受限，管溝開挖、放坡以及焊縫組對、焊接、無損檢測等工序施工難度增大。

2 通過無損檢測發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷問題

為保證數據的準確性與公正性，共抽取10家建設單位7家施工單位4家檢測公司的12項管道隱患治理工程進行檢查，檢查數據如下：

（1）截止10月31日，12項工程完成焊口總數1522道。

（2）按照30%的焊口總數及返修口必查的比例，檢查焊口數503

道，底片共計2444張。

（3）采用射線探傷方法抽拍焊口24道（其中3項工程不具備抽拍條件），合格22道，合格率91.67%。

（4）發(fā)現(xiàn)無損檢測單位超標缺陷錯評、漏評底片3張。

（5）缺陷超標底片合計85張，返修焊口78道（含上述3道焊

口），焊接一次成功率為94.88%，略低于各施工單位施工組織設計中承諾的焊接一次成功率不低于96%的要求。

3 缺陷產生分析

通過對2444張底片復評統(tǒng)計缺陷的種類，發(fā)現(xiàn)導致焊縫需要返修的缺陷主要包含圓形缺陷、條形缺陷、未熔合及未焊透長度超標及少量裂紋的存在。圓形缺陷、條形缺陷屬于施工質量通病，危害性較小，主觀意識加強就可以避免，而裂紋、未熔合、未焊透作為危害性極大缺陷，其存在將明顯減少焊縫的承載截面面積，削弱靜載強度，顯著降低焊接接頭的機械性能。并且這些缺陷在日后使用中受介質沖刷易形成缺口，導致產生裂紋并擴展造成脆斷，從而發(fā)生泄漏。這三種缺陷產生的原因主要有：

（1）管道隱患治理工程的管道材質多為普通碳素鋼，不用進行焊后熱處理。這3處裂紋均與熔合線平行，呈縱向分布于焊縫表面，故可以判定為冷裂紋。產生的主要原因為：

焊縫中氫的存在：有1家施工單位考慮到使用的焊接電流較大、焊口清理不需要太徹底、產生煙塵較少等原因選擇了酸性焊條而不選擇堿性焊條。這樣在焊接過程中，溫度降低時，氫原子擴散能力大大下降，導致馬氏體中的氫處于過飽和狀態(tài)，氫原子會逐漸析出結合成了分子氫，造成金屬內局部形成很大的壓力，從而使金屬產生裂紋。氫在焊接接頭中的存在，使馬氏體脆性增加，裂紋出現(xiàn)的可能性增加。

焊接過程中產生較大的拘束應力：拘束應力包括焊接時熱脹冷縮引起的收縮應力、組織轉變時產生的組織應力和阻止焊接結構變形的機械應力，這些應力的存在都會導致裂紋出現(xiàn)的可能性。拘束應力的產生在施工過程中主要為管材強力組對、彎頭尺寸存在偏差等。如梁南管理區(qū)至純梁首站輸油管線抽檢的2道不合格焊縫中有1道是“死口”。

（2）未熔合可分為根部未熔合、層間未熔合以及坡口未熔合3種。未熔合是一種類似裂紋，極其危害的缺陷，在交變載荷下極易開裂。從底片看，本次檢查發(fā)現(xiàn)未熔合缺陷的14張底片均為根部未熔合。根據底片評定、檢查施工現(xiàn)場以及追溯組對、焊接記錄、焊接工藝評定、焊接操作指導書等施工資料發(fā)現(xiàn)其產生的主要原因為：坡口角、間隙過小，鈍邊太厚，錯邊量超標時會導致母材不能完全熔合，熔敷金屬無法滲入焊縫根部形成可靠連接；焊接電流過小，焊接速度過快會導致熱量、熔池體積減少，實際熔深低于母材厚度，焊接線能量不足，以致母材金屬不能全部熔透；焊條偏心會產生電弧偏吹現(xiàn)象，使得偏離部位（如母材）所得到的熱能不足以熔化基體金屬或上道焊層的熔敷金屬，從而出現(xiàn)未熔合。

（3）本次發(fā)現(xiàn)未焊透的11張底片均為單面焊根部未焊透。其產生主要原因為：組對間隙過小，導致焊件的間隙或鈍邊未被熔化而留下間隙，從而產生未焊透。如梁南管理區(qū)至純梁首站輸油管線抽檢的2道不合格焊縫中另有1道焊口存在。

4 焊縫嚴重缺陷的防治措施

由于焊縫及熱影響區(qū)在焊接過程中組織與性能發(fā)生了變化，針對裂紋、未熔合、未焊透這3類危害性較大的缺陷，可通過以下工藝措施將其控制在一定范圍內：

（1）減少裂紋產生。焊接時建議采用能有效地脫硫脫磷，沖擊韌性較高的堿性焊條，以減少氫的來源；在焊接前按照焊條說明書嚴格烘干焊條，按照焊接實驗室出具的焊接工藝評定報告制作焊接作業(yè)指導書，保證焊接電壓在20-25V，焊接電流在焊條直徑范圍內選取較大電流，減慢焊接速度，防止出現(xiàn)淬硬組織；在焊后對焊縫立即進行全部或局部的加熱、保溫、緩冷以使焊接接頭中的氫有效的逸出。同時焊接完成后，對口器不要立即撤出。

（2）減少未熔合產生。嚴格按照焊接操作指導書的要求加工坡口及鈍邊，以減少組對過程產生的錯邊；每一道焊接工序完成后加強層間的清理；正確選用焊接電流和焊接速度，注意焊條擺動和角度等。

（3）減少未焊透產生。現(xiàn)場若需要修磨坡口，建議使用機械打磨，以保證坡口及鈍邊尺寸符合要求；組對間隙、焊接電流、焊接電壓要滿足焊接工藝評定要求，以保證焊透；多層焊時的打底焊，應使用焊條直徑不超過3.2mm的焊條；焊接過程中弧長不宜過長，建議始終保持0.5-1倍的焊條直徑。