沙特哈拉德項目場站承插焊接質量控制

田 坤，羅 鵬，張福強，王 進

中國石油天然氣管道局有限公司，河北 廊坊

1.引言

沙特阿拉伯哈拉德–哈維亞天然氣管道項目是沙特阿美公司哈拉德油田新規劃建設的一項重點工程。項目主要包括主線路施工約302 km，10 座站場、3座閥室。安裝施工中需焊縫大量特殊接頭形式的“角焊縫”，該項目承插焊口的工程量為不銹鋼4170道，合金鋼3034道，碳鋼1964道。控制好承插焊口質量，對整個項目的焊接質量管控具有重要意義。

2.承插焊接接頭性能分析

2.1.承插接頭性能分析

承插焊管件連接的焊縫形式為部分焊透的角焊縫，考慮到工藝流程系統熱工情況，管道與承插管件間的熱脹冷縮靠管道與管件端頭預留的承插間隙(1.5mm)進行緩沖。相對位移造成作用在角焊縫和管壁連接位置的徑向剪切力非常大，如果焊縫填充金屬過少容易產生撕裂[1][2]。

對接焊管件連接的焊縫形式為全焊透的焊縫，對接接頭傳力效率高，應力集中小，容易焊透，具有較好的綜合性能[3]，對接接頭工作應力分布比較均勻，應力集中產生在焊趾處，磨平余高，沒有應力集中，可提高接頭的疲勞強度。

2.2.焊接工藝分析

承插焊接都是1in 以下管和管件焊接，全部采用氬弧焊GTAW 進行焊接。承插管接頭管徑小，焊接效率較低，組對相對復雜，為保證焊口的承插端部間隙，要在管子上做標記后再進行組對，目測不到間隙尺寸。對接接頭組對時只要保證組對間隙，組對完成可目測到對口間隙尺寸。

3.焊接質量分析

承插焊容易出現未熔合、氣孔、焊接熱裂紋等缺陷，導致對口間隙不符合規范。

3.1.未熔合

未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合(包括層間未熔合)、焊縫根部未熔合。按其成分不同,可分為白色未熔合(純氣隙、不含夾渣)和黑色未熔合(含夾渣)。

未熔合產生的原因包括：①焊接規范不合適，導致電流過小或電弧過長、坡口角度過小、間隙過窄或鈍邊過大。②操作方法不當。如運弧速度不均勻，焊絲填充量過大，使得層間沒有完全熔合。③焊絲和焊道清理不凈，存有雜物，影響熔合。

3.2.氣孔

氣孔是承插焊接中常出現的焊接缺陷，它存在于焊縫金屬內部或表面，其缺陷形態為圓形氣孔、柱狀氣孔和圓形密集氣孔，氣孔會降低焊接接頭的承載能力，導致局部腐蝕穿孔概率增加。

氣孔產生的原因包括：①表面油污等沒清理干凈。②風速過大，導致保護氣保護不好。③ 氬氣不純，氬氣里混合了別的氣體，導致焊接時無法產生最佳的化學反應，產生氣泡。

3.3.焊接熱裂紋

熱裂紋主要出現在含雜質較多的焊縫中(特別是含S、P 較多的碳鋼焊縫中)和單相奧氏體或某些合金焊縫中，有時也產生于熱影響區中。

熱裂紋產生的原因包括：① 焊接熱脆性是由于S、Pb、P 或低熔點共晶體混入，形成的晶間薄膜引起高溫下的嚴重脆變，低熔點夾雜物從表面沿晶間滲透造成焊縫金屬產生熱裂紋。②焊接坡口及兩側的污物清理不干凈，油污中的硫常引起鎳基合金焊縫產生熱裂紋。③縫表面過高或凹凸不平引起的應力集中而產生裂紋。④沒有填滿弧坑和電流衰減時間較短，收弧處出現弧坑，在相變應力和拘束應力的作用下產生收弧處微裂紋。⑤ 焊接電流過大，焊接速度較慢，導致線能量過大，層間溫度過高使焊接接頭過熱產生粗大晶粒，粗大晶粒邊界上集中了一些強度低脆性大的低熔點共晶體，在焊接應力的作用下易形成熱裂紋。

3.4.對口間隙

焊接間隙是焊接件對口處兩個焊件之間的間隙。承插焊的承口有補強的作用，高壓下也多有使用。但承插焊焊后應力狀況不好，易發生焊接未焊透情況，組對時應嚴格控制對口間隙(1.5mm)。管系內部留有縫隙，因此用于縫隙腐蝕敏感介質的管道體系及潔凈要求很高的管道體系不宜用承插焊。對于超高壓管道，即使小口徑的管道壁厚也很大，應盡量避免承插焊。

對口間隙產生的原因包括：①沒有按工藝要求組對。②標識線畫的不精確或線畫的太粗。

4.控制措施

4.1.未熔合的控制

遵守焊接工藝規程要求，選擇合適的焊接工藝參數，焊接第1道時不用填絲自熔，承插管件之間沒有間隙，焊接時被焊處熔化形成漲力，使得2 個焊件通過自身金屬熔為一體形成焊道，電弧的高溫能使

承插組件焊道熔深達到2~3mm。焊接第2道填充焊絲(焊出標準要求焊腳高度為3~4mm)，焊接時電弧要壓低，運弧填絲要均勻，管件上停留時間略長些。

4.2.氣孔的控制

焊接前管口清理工作要徹底，坡口及兩側(20~30mm 范圍內)的焊件表面附著雜物清理干凈；焊槍氬氣流量不宜過大，合金鋼充氬量要大于不銹鋼2~5L/min，使焊縫內表面處于氬氣的完全保護之中；做好防風措施，減少風對焊接過程的影響。

4.3.熱裂紋的控制

選用S、P 含量較低的焊接材料(不銹鋼ER316L，合金鋼ERNiCrMo-3)，防止熔敷金屬中低熔點夾雜物產生；被焊處及其兩側的污物、氧化層必須清理干凈，防止S、Pb、P 或低熔點雜質混入熔敷金屬；填滿弧坑，調整氬弧焊衰減時間；選擇較小的線能量和較低的層間溫度，防止焊縫過熱及熱影響區過熱產生熱裂紋；焊縫表面要均勻平整，防止過高或凹凸不平應力集中，焊道平整圓滑過渡，焊縫成型美觀。

4.4.對口間隙的控制

承插焊組對時對口間隙難以控制，管件和管的短接都是標準尺寸，間隙過小過大都會影響安裝尺寸要求和場站整體工藝管線安裝美觀。選用1.5mm 厚的水溶墊片作為間隙調節，水溶墊片是用糯米粉加工壓制而成，遇水即化。將水溶墊片墊在管件和管的中間，使所有對口間隙保持一致，水溶墊片在焊接過程中會燒損一部分，剩余的水壓強度試驗也會被水融化掉。

5.結語

在沙特哈拉德項目場站工程中，承插接頭形式被廣泛采用。承建的7個站中不銹鋼承插焊口共3476道，已完成2867道；合金鋼承插焊口共2358道，已完成1001道；碳鋼承插焊口共298道，已完成145道。在已完成的承插焊口中進行了10%RT 檢測和100%PT 檢測，不銹鋼RT 檢測一次合格率為99.3%，合金鋼RT 檢測一次合格率為96%，碳鋼RT 檢測一次合格率為100%。可以看出，通過采取有效的控制措施，合格率高，效果好。