影響在建輸氣管道環焊縫質量控制常見問題及分析

中圖分類號 TQ055.8 文獻標志碼 B 文章編號 0254-6094（2025）03-0519-07

管道是天然氣大規模輸送最便捷、最經濟的方式之一。截止到2023年4月，中國天然氣管網里程已達12.1萬公里[1.2]。未來很長一段時間，國家及地方管網對天然氣輸送管道的建設需求依然持續增加，天然氣管道里程年均復合增長率達9.8% 。大管徑、高壓力是長輸管道發展的必然趨勢，在保障中國清潔能源供給輸送的同時，也加大了環焊縫開裂失效事故發生的風險[3.4]。由于材料和結構的不連續，環焊縫是管道整體質量的薄弱環節，近年來，國內由于管道施工質量控制不到位導致的焊縫缺陷、材料缺陷等固有問題仍較突出[57]，但環焊縫安裝質量無法通過后續的檢驗檢測等手段得到充分完整的驗證，必須從提高設計質量、加大施工管理力度層面對施工過程進行周密監控，這就給在建輸氣管道環焊縫質量控制提出了更高的要求。為提高輸氣管道環焊縫質量，確保輸氣管道高效安全運行，筆者就輸氣管道安裝監督檢驗過程中發現的影響環焊縫質量控制的常見問題進行分析和討論，以便為設計、安裝、無損檢測以及監督檢驗單位對環焊縫質量控制提供一些參考。

1材料選擇問題

1.1設計文件未明確管線鋼產品規范水平

管線鋼是建設天然氣管道的原材料，廣泛應用于長輸管道[8.9]。GB/T9711—2023《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》將管線鋼分為PSL1和PSL2兩種產品規范水平，按照GB50251—2015《輸氣管道工程設計規范》和GB/T34275—2024《壓力管道規范長輸管道》規定輸氣管道選用管線鋼應符合現行國家標準GB/T9711—2023中的PSL2的有關規定。PSL2管線鋼在化學成分、拉伸性能、沖擊功及無損檢測等方面均嚴于PSL1管線鋼，如果設計文件僅給出管線鋼符合GB/T9711—2023，未明確管線鋼產品規范水平，可能會導致管材采購不滿足輸氣管道用鋼相關技術指標要求，影響輸氣管道環焊縫整體質量。針對設計文件未明確管線鋼產品規范水平的情況，在施工前進行圖紙會審時，相關會審方應及時提出。

1.2焊接材料選用不合理

某輸氣管道支線工程，管道規格 ?219mm× 6.4mm ，材質L290NGB/T9711—2023PSL2，審計文件提出對接焊縫采用SMAW焊接方法，根焊、填充蓋面焊接材料采用AWSA5.1E6010。該設計文件針對輸氣管道提出填充蓋面采用纖維素焊條不滿足SY/T4125—2023《鋼質管道焊接規程》的規定。纖維素焊條擴散氫含量高、夏比沖擊韌性相對較低。鑒于輸氣管道氣體泄漏的安全風險，要求環焊接頭應具有一定的韌性，擴散氫含量低、夏比沖擊韌性相對較好的低氫型焊條是輸氣管道線路填充蓋面焊接的最佳材料。

按照GB50251—2015和GB/T34275—2024規定，焊接材料的選用應根據被焊接材料的力學性能、化學成分及使用條件等因素確定，油氣管道施工單位所選用的焊接材料應符合設計要求。焊接材料是保證焊縫強度的重要前提，這就要求設計單位應在設計文件中明確焊接材料，并確保選用的焊接材料性能應與母體材料保持良好的強度與韌性匹配。管道環焊縫與母材的強度匹配關系包括3種：焊縫強度等于母材強度（等強匹配），焊縫強度超出母材強度（高強匹配）和焊縫強度低于母材強度（低強匹配）。對于基于應變設計的管道，為了充分發揮管材的應變能力，以避免地質災害或土壤沉降等外部載荷造成應變累積所導致的管道環焊縫斷裂失效，焊接材料選用一般遵循以下原則[10-12]：

a.為避免打底時出現淬硬組織而引發冷裂紋，根焊焊接材料選用一般遵循塑性與延伸率好、抗拉強度稍低于母材的原則；

b.填充、蓋面焊接材料可根據管材抗拉強度進行選擇，確保與鋼管形成等強或稍高強匹配

基于上述原則，以輸氣管道常用的管線鋼L245＼～L415為例，焊接材料推薦見表1。

表1焊接材料推薦

（續表1）

2 焊接工藝評定問題

2.1焊接工藝評定標準不具備有效性

GB50251—2015是輸氣管道現行設計標準，自2015年10月1日起實施，屬于國家強制性標準。GB50369—2014是與GB50251—2015配套的長輸管道現行的施工和驗收規范，自2015年3月1日起實施，同屬于國家強制性標準。按照上述兩個技術標準的要求，在開工前，施工單位應根據設計文件提出的鋼種等級、管道規格、焊接接頭形式進行焊接工藝評定，并應根據焊接工藝評定結果編制焊接工藝規程，輸氣管道焊接工藝評定應符合現行SY/T4103《鋼制管道焊接及驗收》的有關規定。GB50251—2015和GB50369—2014的配套焊接工藝評定引用標準SY/T4103—2006《鋼質管道的焊接及驗收》是當時的最新版本，2007年1月1日實施。這存在的主要問題就是引用標準版本過低，標準中焊接工藝評定原則和現行的輸氣管道施工采用的焊接方法和焊接工藝嚴重脫節，該標準己于2018年被國家能源局宣布廢止（國家能源局公告2018年第9號）。GB/T31032—2014《鋼質管道的焊接及驗收》于2015年6月1日實施，是當時SY/T4103—2006廢止時的有效版本，GB/T31032—2023于2024年4月1日實施，取代GB/T31032—2014。NB/T47014—2023和GB/T31032——2023兩個焊接工藝評定標準在評定項目、取樣數量和位置、試樣尺寸、焊接工藝評定基本要素、焊接工藝覆蓋范圍等方面均存在很大的差異。綜上所述，輸氣管道依據NB/T47014—2023《承壓設備焊接工藝評定》或SY/T4103—2006進行焊接工藝評定均不滿足GB50369—2014和GB50251—2015要求。輸氣管道施工單位實際評定時應根據GB50369—2014與GB50251—2015的要求選擇GB/T31032—2023技術標準進行焊接工藝評定。

2.2 焊接工藝評定項目問題

2.2.1 焊接電流極性不滿足要求

焊接電流極性對焊接過程、焊縫成型及焊接質量有重要影響。焊接電源采用直流電源，若工件接電源正極，焊條接電源負極時，稱為直流正接（DCEN）；若工件接電源負極，焊條接電源正極時，稱為直流反接（DCEP）。按照GB/T31032—2023《鋼質管道焊接及驗收》規定，焊接電流極性是焊接工藝評定的基本要素，電流極性發生改變，需重新進行焊接工藝評定。

實際焊接操作時，焊接人員不會將極性接錯，電流極性選擇錯誤在焊接過程中將會產生如下問題：

a.電弧聲音不正常，有過多的飛濺物產生；b.電極燒損嚴重，甚至不能進行正常的焊接操作；c.焊縫成型較差，且容易產生焊接缺陷。

焊接工藝評定報告中發生電流極性不滿足相關技術標準的情況，往往是焊接工藝評定人員對正接和反接的定義或表述把握不到位所致，建議焊接工藝評定報告中電流極性采用焊條接正極或負極這種通俗的表達。熟悉電流種類與極性的特點是保證焊接操作與焊接質量的前提，為保障焊接環焊縫質量，極性選用遵循以下原則[13-16]：

a.采用鎢極氬弧焊焊接鋼時，應選用直流正接；b.低氫型堿性焊條必須采用直流反接；c. SMAW + FCAW是長輸管道常用焊接方法，FCAW采用直流正接，對于根焊為纖維素焊條電弧焊，采用直流正接。

2.2.2沖擊試驗不滿足焊接工藝評定標準

沖擊韌性主要是防止管道的脆性破壞，為保證環焊縫在運行期間具有足夠的不開裂能力，要求環焊接接頭進行夏比沖擊試驗。GB/T31032——2023規定，當規定要求做沖擊試驗時，應對每一種焊接方法（或焊接工藝）的平焊和立焊位置的焊縫區和熔合線各取3個沖擊試樣。焊接工藝文件審查時，往往發現焊接工藝評定報告中沖擊試驗位置未按照平焊和立焊位置區分，沖擊試驗位置和數量不滿足技術標準要求。針對此類問題，通常要求施工單位按照原有焊接工藝施焊，按照GB/T31032—2023評定的要求補加沖擊試驗，沖擊試驗合格后，原焊接工藝可用于現場焊接。張振永分析中國X80管道環焊縫失效事故，發現85% 的事故是韌性不符合標準要求所引起[12]。文獻[17，18]中也提出環焊縫的部分失效是由于韌性不足引起。

為區別管線的重要程度，GB/T34275—2024根據設計壓力、管徑、介質將油氣管道劃分為1＼～5級，其中管道級別為5級的天然氣管道對管線鋼的沖擊性能要求最高。管線鋼的夏比沖擊功值隨溫度降低而減小[19]，焊接工藝評定沖擊功值應滿足規定溫度下相應等級天然氣管道用鋼管規定的最小值要求。

3焊接問題

3.1焊接操作人員持證項目不滿足焊接工藝

某輸氣管線工程，管道規格為 ?610mm× 10mm ，材質L415MGB/T9711—2023PSL2，焊接工藝部分參數見表2。

對焊工資格項目實物檢查時，發現某焊工持證項目為SMAW-FeII-6GX-16/355-Fef2和FCAW-FeII-6GX（K）-13/355-FefS-11/15。根據表2可知，返修焊接工藝要求采用SMAW焊接方法進行上向焊，返修采用的填充金屬GB/T5117E5015屬于Fef3J類別，按照TSGZ6002—2010《特種設備焊接操作人員考核細則》規定，該焊工持證項目的填充金屬類別Fef2不能覆蓋Fef3J，焊工持證項目為下向焊也不能滿足返修焊接工藝上向焊要求。鑒于焊接人員持證項目不滿足焊接工藝要求，屬于壓力管道安裝監督檢驗中的嚴重問題，應及時下發《特種設備監督檢驗意見通知書（2）》，要求施工單位限期整改。考慮到輸氣管道工程項目的焊接特殊性，焊工具有特種設備焊接操作人員資格認證，并不能完全滿足工程項目的焊接作業要求，焊接質量控制還應重點關注焊接操作人員是否已經結合工程的具體焊接工藝、焊接材料的操作技能要求通過上崗考試。

3.2 缺少返修焊接工藝

正常線路焊接，手工電弧焊或氬弧焊打底的焊接方向是從12點方向到6點方向，由上向下焊接；而返修焊縫的焊接工藝中，手工焊打底或氬弧焊打底的焊接方向是從6點方向到12點方向，由下向上焊接；兩種焊接工藝的蓋面焊接方向均是從12點方向到6點方向，由上向下焊接；按照GB/T31032—2023規定，焊接方向為基本要素，線路和返修要進行不同的焊接工藝評定。另外施焊時可能是自動焊而返修一般采用全手工電弧焊焊接，這也會導致返修時的焊接工藝與施焊時的工藝不同。綜上所述，返修應采用經評定合格的焊接工藝。返修前確認缺陷已被完全打磨清除是質量管控的關鍵環節之一。通常可在打磨過程中采用目視檢查的方法進行檢查和確認，即是否在無損檢測給定的位置打磨出缺陷、打磨出的缺陷長度和深度是否與無損檢測檢測結果一致。

返修工藝一般應遵循以下原則[13]：

a.非全壁厚焊縫返修時，不應使用返修工藝規程中的根焊焊接方法和焊接材料，應使用返修工藝規程中的填充焊和蓋面焊焊接方法和焊接材料。

b.全壁厚焊縫返修時，根焊焊接方法可采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊，焊接方向宜為上向；填充、蓋面焊接方法可采用低氫型焊條電弧焊、氣保護藥芯焊絲半自動焊或鎢極氬弧焊等，不應使用自保護藥芯焊絲半自動焊方法。壓力管道安裝監督檢驗時，監督檢驗人員應重點審查返修工藝的焊接方向、焊接極性、電流大小等實際焊接工藝參數是否與焊接工藝操作指導書一致。

4檢驗檢測問題

4.1焊縫外觀質量檢查不合格

焊縫外觀質量檢查是壓力管道安裝監督檢驗環節的一項現場抽查項目，所有焊口兩側都存在不同程度的錯邊，對接鋼管的壁厚差、周長差、不圓度等是造成錯邊的主要原因。雖然對鋼管幾何尺寸要求愈發嚴格，但基于當前技術水平，不圓度和周長差仍無法消除。GB50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》明確要求對口錯邊量不超過管道壁厚的八分之一，且連續 50mm 范圍內局部錯邊量不超過 3mm 。錯邊指標超標會導致環焊縫成型差，環焊縫有效承載面積減少，加重根焊位置的應力集中[20]

針對錯邊量超出標準要求的情況，監督檢驗單位應以《特種設備監督檢驗聯絡單》形式要求施工單位整改。施工單位應盡量采取機械割口處理，防止熱切割產生的二次加熱影響，切割寬度應至少比蓋面焊道每側寬 5mm ，以消除原焊縫熱影響區。若外觀質量不合格，則直接進行射線檢測，焊縫的表面缺陷將直接反映在底片上，會掩蓋或干擾焊縫內部的缺陷影像，影響射線底片焊接缺陷的判斷。因此，無損檢測實施前，應確保焊縫外觀質量檢查合格。

4.2 射線檢測問題

4.2.1底片像質計不滿足技術標準要求

像質計標識不滿足技術標準要求。NB/T47013.2—2015《承壓類特種設備無損檢測第2部分：射線檢測》以及SY/T4109—2020《石油天然氣鋼質管道無損檢測》等無損檢測標準均明確規定通用線型像質計和等徑線型像質計的型號和規格應符合JB/T7902—2015《無損檢測線型像質計通用規范》的規定。在實際監督檢驗時，監督檢驗人員和無損檢測人員大都認為無損檢測采用SY/T4109—2020標準，像質計應有相應的SY/T4109標識。實際上，這是對像質計產品標識認識的誤區，像質計作為一種產品，其相應標識理應符合產品標準JB/T7902—2015的規定。以常用的10號像質計為例，按照JB/T7902—2015規定其規范標識為10 FEJB。

像質計數量不滿足技術標準要求。按照SY/T4109—2020規定，環向對接接頭進行中心周向曝光時，可在膠片側至少均勻布置4個像質計。若采用多張膠片一次透照時，應保證每張膠片處均放置有像質計，其像質計數量要求與NB/T47013.2—2015規定有著很大的不同。有些無損檢測機構缺乏長輸管道工程無損檢測經驗，常常依靠工業管道和公用管道無損檢測經驗，采用中心透照方式的射線底片仍布置3個像質計，導致射線底片質量不合格。

射線底片像質計靈敏度達不到技術標準要求。某輸氣管道安裝項目中管道規格為 ?219mm× 7.9mm ，采用中心透照方式，按照SY/T4109—2020規定，該規格的管道像質計靈敏度值要求至少達到14，現場射線底片抽查結果顯示像質計靈敏度僅能達到13，不滿足技術標準要求，底片質量抽查結論為不合格。影響像質計靈敏度的因素很多，包括能量、曝光時間、焦距等。鑒于管徑相對較小，焦距小，像質計靈敏度難以達到標準要求，無損檢測單位對管徑 ?219mm 及其以下管道進行射線檢測時宜優先選用雙壁單影透照方式。

射線底片本身的質量是射線底片審查的一項主要內容。像質計是用來檢查和定量評定工業射線底片質量的工具。現場射線底片抽查時，應重點查驗像質計數量、標識以及可辨識的像質計絲號是否滿足技術標準的要求。無損檢測單位進行正式無損檢測之前，應按照相關技術標準的要求進行工藝驗證，發現像質計放置不規范、底片達不到規定的像質計靈敏度等影響底片評定等底片質量的問題，應及時進行原因分析和整改，防止出現大量不合格底片，從而保證焊縫射線底片抽檢的有效性，確保管道環焊縫的總體質量得到有效控制。

4.2.2 選擇的射線檢測標準不滿足施工設計和驗收標準

針對焊接接頭的無損檢測方法很多，但焊接接頭的射線檢測依然是目前為止能夠進行缺陷定性，且最為直觀與可靠的無損檢測方法之一[21]。輸氣管道施工焊接出現的缺欠種類多且評定方法復雜，對評定人員專業知識水平要求較高，射線評定人員雖已取得相應的資格證書，取證考試時采用的技術標準是NB/T47013.2—2015，實際長輸管道施工驗收廣泛采用SY/T4109—2020，兩標準對缺陷的評定有著很大的不同。SY/T4109—2020技術標準應用范圍較窄，對焊接缺陷的評定進行了適當放寬，對于石油天然氣管道的無損檢測具有較強的實用性和可操作性，在實際應用中既能保證焊接質量又提高了檢測效率[22.23]。GB50369—2014與GB50251—2015均明確規定，輸氣管道射線檢測和評定應符合SY/T4109的規定。部分無損檢測單位認為NB/T47013.2—2015對缺陷評定嚴格，實際檢測和缺陷評定便采用NB/T47013.2—2015，其結果是導致焊接返修比例提高，影響管道施工進度。GB50369—2014規定焊縫在同一部位的返修不應超過兩次，根部只允許返修一次。一次返修和多次返修會影響環焊縫質量，打磨和返修過程中的拘束應力易導致焊接冷裂紋，增加環焊縫失效風險。王海濤等通過梳理國內具有代表性的X70和X80鋼管環焊縫脆性開裂案例，提出焊縫返修是與失效關聯度最高的4個關鍵因素之一[18]。因此，缺陷評定并不是越嚴格越好，每一個無損檢測標準都有其特有的評價體系，實際選用的射線檢測標準應符合施工驗收規范的要求。

5結論和建議

輸氣管道安裝是一個復雜的系統過程，在建輸氣管道的環焊縫質量控制對管道安全運行至關重要。針對輸氣管道建設過程中出現的未明確管線鋼產品規范水平、焊接材料選用不合理、焊接工藝評定文件不具有完整有效性、焊縫外觀質量不合格、焊接操作人員持證項目不滿足焊接工藝、射線底片質量不滿足技術標準等影響環焊縫質量控制的常見問題，為有效加強在建輸氣管道環焊縫質量控制，建議從以下幾個方面加以改進：

a.加強各環節工藝控制。輸氣管道施工前，管道設計、施工及其建設單位應做好相應的圖紙會審工作，重點審查材料和焊接方法選擇的合理性、焊接工藝評定標準的有效性。施工單位應根據設計技術文件要求，做好相應的焊接工藝評定工作。輸氣管道施工過程中，焊接操作人員應嚴格按照焊接工藝操作指導書進行施焊，并做好相應的焊縫外觀檢查工作。焊接工作完成后，無損檢測單位應按照無損檢測工藝操作指導書做好無損檢測以及缺陷評定工作。此外，建設單位也可委托第三方機構對焊接工藝評定實施和無損檢測評定進行監督。

b.加強各環節技術人員管理。材料和焊接是輸氣管道環焊縫質量控制的關鍵，設計、施工及其無損檢測單位應按照相應技術標準的要求配備具有焊接和材料專業背景的技術人員，并按照單位質量保證體系要求，做好相關系統責任人員任命工作，保證焊接和無損檢測系統責任人員切實有效履行相應崗位職責。

c.加快在建輸氣管道全過程環焊縫質量控制技術標準制定。壓力管道標準眾多，各層次標準之間缺乏協調性，使得壓力管道設計、安裝和建設單位對環焊縫質量控制無所適從。為保證建設單位、施工單位、無損檢測單位對在建輸氣管道環焊縫整體質量的有效控制，應加快在建長輸管道全過程環焊縫質量控制技術標準制定，從人員、材料、焊接、返修等環節對施工過程進行全方位控制。

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