壓力管道焊接接頭裂紋原因分析

孫廣武

摘要：在壓力管道工程的安裝過程中，進行管道之間的焊接是非常普遍的方法，管道焊接質量的好壞能夠影響管道在后續當中的使用，是專業技術人員都重點關注的管道安裝的環節。同時，在壓力管道發生的事故當中，由于管道焊接的質量而導致事故發生的比重是很大的。所以必須提升管道焊接技術專業人員的焊接技術和焊接能力，提高管道焊接的質量，從而使得整個壓力管道工程的安裝質量得到提升。本文對壓力管道焊接接頭裂紋原因進行分析，以供參考。

關鍵詞：壓力管道;焊接接頭;裂紋原因

引言

壓力管道作為輸送液體或氣體的管狀特種設備，保障管道質量合格是管道安全運行的前提。根據管道設計承壓能力采用不同材質，同時分為不同級別。文中通過對材料性能、組織等分析，得出焊接接頭出現裂紋的客觀原因，并提出相應改進措施，為該材料的管道焊接提供參考。

1概述

近年來，該國發生了幾起安全事件，為定期檢查壓力管道提供了便利。由于歷史原因，壓力管道的制造和安裝嚴重不足，定期檢查往往時間短，規模大，要求高。在定期檢查壓力管道時，焊接接頭通常必須按照相應的檢查規范接受一定百分比的抽檢檢查。壓力管道的厚壁通常較小（小于20mm），因為檢測效果不好，檢測質量很難控制等。埋在焊接接頭中的缺陷通常需要進行射線檢測，而不是常規的超聲波檢測。但是，在實踐中，由于人員集中、交叉行動等因素，一些地方使用的壓力管道很難實施。這些地區往往是優先檢測區，一旦發生事故，可能會造成嚴重后果。此外，對壓力管道進行的定期測試表明，存在無法及時清除的合規性缺陷，需要進行使用情況評估，這需要收集諸如缺陷深度和高度等重要信息，并且通常需要進行輻射測試

2 TOFD檢測原理

TOFD技術使用兩個大角度超聲換能器（探針）對焊縫的兩側進行檢測，當發射探針發出超聲波信號到達被檢測對象時，接收探針接收多個聲波信號，如直波、底面反射波和波可以通過測量這些聲波信號的到達時間并結合其傳播聲波序列之間的幾何關系，對缺陷的大小和位置進行定量測量。與傳統的超聲波檢測不同，TOFD檢測技術不僅依靠缺陷回波信號振幅值來確定缺陷大小，還根據缺陷衍射信號傳播時間來確定缺陷大小，測量缺陷大小的精度較高。

3裂紋原因分析

從微觀組織觀察發現，管道外表面焊道寬深比大，直接造成焊縫柱狀晶垂直向上生長，晶界處一般為先析鐵素體，晶界處強度降低和表面成形不佳的應力集中的存在，可能造成焊接接頭在筒單元管道滾圓時抗拉性能差，接頭焊接時焊縫的橫向收縮由于受到限制，勢必產生橫向拉伸應力，較寬的焊道，由于橫向收縮量大，產生的殘余應力比正常焊道的大，從而導致該位置產生穿晶狀態的裂紋，而不是由于出現淬硬組織造成的延遲裂紋或由于偏析造成的熱裂紋，管道內表面焊道晶粒組織較細，為后焊道熱處理過的接頭組織狀態，力學性能應該較佳，但是還是出現了一些裂紋，其原因是由于內表面成形較差造成焊趾成形較差處的應力集中大，從而導致焊接接頭在筒單元管道滾圓時該處產生了大于該位置抗拉強度的荷載，從而導致該區域產生穿晶形式開裂，焊接接頭成形越不好，裂紋的深度越大。在返修補焊的焊接接頭中，由于焊趾處過渡圓滑，因此在焊趾處未發現裂紋。一般情況下，焊接接頭在產生類似于滾圓的彎曲變形時，焊接接頭成形狀態直接影響到了成形的質量。在所有標準要求的焊接接頭力學性能檢測中，均要求打磨彎曲試件的正反面余高，直到與母材平齊，并要求受彎曲的表面較為光滑，否則在接頭焊趾處會產生裂紋，這個原理與本工程中焊縫產生裂紋的原理一致。

4壓力管道焊接技術的應用

4.1管道定位

清洗管道雜質后，應進行成組和定位，定位時應確保管道兩側內壁租用，并控制壞側的數量。如果兩面壁厚度不同，則必須將其研磨。固定連接時，將固定兩側的管道，并采取適當措施防止因溫度不均衡而變形。不同的焊接部分采用相同的焊接方法，這意味著在按照規范進行焊接之前，焊接人員必須了解焊接工藝和操作方法。

4 .2填充層焊接

填充層焊接前，應徹底清除底層焊接渣。填充層焊接時，應遵循兩側焊接速度慢、速度快的運輸原則，確保填充層焊接平整。焊接時，必須移除圖層上的渣以確保邊平滑化。焊機可以控制焊接棒的速度和移動角度，減小焊接電弧焊，及時改變熔池溫度，有效防止焊道空氣孔和緊固渣的出現。

4.3基礎焊接

壓力管道保護層焊接完成后，焊工應再次將焊道熔入管道內，并進行密封處理，以確保壓力管道內焊接高度和寬度符合要求，穩定管道焊接并提高焊接質量此外，質量缺陷，如殘馀物、空穴、空隙等。，關于管道，應在仔細檢查后及時處理。

5提高壓力管道焊接技術質量的有效措施

負責壓力管道焊接工作的單位應構建完善的焊接質量管理體系，建立相應的標準和管理體系，將單位內所有焊工的電焊技術與國家焊接管理體系和規定的要求相結合，以便更好地規范管路一旦建立了相應的制度，在今后的焊接工作中更有必要更好地實施，在各個焊工和焊工鏈之間詳細劃分焊接責任，并在出現問題時更快地找到負責人，從而提高焊工的責任意識使每位焊接技術人員詳細了解所需要的鏈的操作方法和操作規范，使技術人員認識到鏈對整個焊接工作的重要性，提高焊接人員之間的合作能力和合作意識。與此同時，有必要建立有關部門對焊接工作進行檢查和質量控制，發展科學嚴格的接收系統，提高壓力管道貫穿各環節的焊接質量。

6壓力管道表面焊縫的檢測

在進行壓力管道無損檢測之前，必須首先檢查管道表面焊縫的外觀，要求焊縫外觀和焊縫表面質量良好，焊縫寬度的每一側大約復蓋焊縫邊緣2mm，以及焊腳的高度其次，檢測表面管道焊接接頭時，接頭不應出現空氣孔、裂紋、緊固渣、熔斷缺陷等質量問題。不銹鋼壓力管道焊接面不能出現焊接邊現象，其它材料的管道焊接邊深度必須小于0.5mm，焊接兩側的總焊接邊長度不得大于總長度的10%壓力管道表面無損檢測時，鐵磁壓力管道應選擇磁粉檢測方法，鐵磁非磁粉壓力管道應選擇滲透檢測方法，管道焊接接頭有裂紋傾向，進行無損檢測

7建議

裂紋一般在靠近熔合線附近的焊縫中產生，裂紋的深度與接頭成形狀況直接相關，成形越差，裂紋深度越大，為穿晶斷裂形式裂紋。在返修補焊的焊接接頭焊趾處過渡圓滑，未發現此處有裂紋產生。

結束語

和射線檢測一樣，超聲成像檢測能夠檢測出所制作試板中的所有焊接缺陷。和射線檢測相比，超聲成像檢測用于缺陷定位和缺陷定量具有優勢，用于缺陷定性優勢不明顯。壓力管道定期檢驗時，在射線檢測難以實施的場合，可以采用超聲成像檢測作為射線檢測的補充。

參考文獻

[1]彭常飛.壓力管道對焊焊接接頭安定性分析[D].武漢工程大學，2019.

[2]葛文娜，陸曉峰，朱曉磊，凌祥.壓力管道金屬材料焊接接頭的流動加速腐蝕性能[J].南京工業大學學報（自然科學版），2018，33（04）：48-51+82.

[3]劉明，雷斌隆，徐磊.錯邊對壓力管道焊接接頭應力集中影響的研究[J].管道技術與設備，2018（01）：36-37+40.

[4]徐磊，雷斌隆，劉明.咬邊缺陷對壓力管道焊接接頭應力集中的研究[J].焊管，2017（06）：28-31+95.

[5]王建平，霍立興，谷侃鋒.塑料壓力管道熱板焊接接頭瞬時應力有限元分析[J].焊接學報，2017（01）：21-25+114.