长输管道施工常见焊接缺陷质量分析控制

长输管道施工常见焊接缺陷质量分析控制

前言

由于近年来我国经济的迅猛发展，致使东西部能源供需矛盾日益突出。为解决此矛盾，随着钢管制造水平与焊接技术的提高，长输管道运输这种经济高效的长距离流体介质运输方式也已经得到了越来越充分的应用。近年西气东输、西部管道、兰郑长管道、西气东输二线等一系列大口径管道的陆续施工，已经标志着我国长输管道的第四次建设高峰已经到来。

长输管道一般具有野外作业、焊接环境不稳定、非固定电网取电、管固定位置不确定、焊道内部成型难以观测等特点。

摘要

本文通过对长输管道焊接中常见的一些焊接质量缺陷进行分析，并总结了相应的控制预防措施。从实际出发，对施工过程中的各质量环节控制要素进行讨论，并结合实际施工经验进行了总结。

1 长输管道施工各工艺简介

大口径长输管道壁厚一般都在8mm以上，采用多层焊接。打底和填充盖面一般采用两种焊接工艺，打底主要有手工焊、STT手工焊、全自动焊、内焊机多枪头下向焊等；填充盖面主要有手工焊、半自动焊、全自动焊等。目前应用最广的就是纤维素焊条下向焊打底加半自动药芯焊丝自保护下向焊填充盖面工艺，全国大部分管道施工队伍都使用此种工艺进行施工。

由于管径大，输送压力高，因此长输管道所用钢管一般都是高碳钢制作，钢级都在X60以上，西气东输二线更是全国第一次采用X80钢，均属于高强钢。管道焊缝一般也都是同种材质的钢管相互焊接。

焊材一般是采用纤维素焊条、低氢焊条、药芯焊丝、实心焊丝加气保护等。

管管焊接一般采用对接形式，坡口一般有V型、U型、复合型等，视钢管的壁厚等参数而定。

2 焊缝常见质量缺陷及成因

焊接缺陷的种类很多，在不同的标准中也有不同的分类方法。考虑到通俗易懂，便于与长输管道施工及检测方式紧密结合，本文只简单的将焊缝质量缺陷分为焊缝成型缺陷及微观组织缺陷两类。其中焊缝成型缺陷指的是在管道焊口从组

对到焊接完成后，可以同过肉眼或一些其他无损检测方式观测到的焊缝内部的夹杂、未熔合、未焊透等不符合要求的存在。焊缝微观组织在管道施工中一般不进行检测，本文所指的微观组织缺陷主要是由于施工中不遵守焊接工艺规程、不进行预热或热处理等原因造成的焊缝内部达不到理想要求的组织，同时造成焊缝力学性能下降。但此种组织在常用的射线无损检测中一般得不到底片影像显示。

本文主要讨论焊缝成型缺陷。常见焊缝缺陷有咬边、夹渣、未熔合、未焊透、烧穿烧融、气孔、内凹、裂纹等缺陷。其中对管道使用寿命影响最大的就是未焊透和裂纹等开口性缺陷。

2.1 咬边

咬边主要是由于在焊接过程中熔敷金属未能盖住母材的坡口，在焊道边缘留下的低于母材的缺口。浅短的咬边可以不做处理，但过深的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响，产生应力集中，降低接头强度。

产生原因：1、电流太大，电弧过长，电弧力不集中导致熔池熔敷不到位。2、焊条或焊丝的倾斜角度不正确，出现偏吹等情况。3、手法不稳，摆动不到位。

2.2 夹渣

夹渣是指焊缝中存在的熔渣、铁锈或其他物质。其在焊道根部、层间均有可能存在，最常见的就是层间夹渣。夹渣形状不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖锐形的夹渣，影响焊道的塑性，尤其是在焊道受拉应力时产生严重的应力集中。

产生原因：1、多层焊时焊丝、焊条等产生的熔渣没有清理干净，导致熔渣埋入焊道。2、焊接电流较小，熔渣不能充分融化浮出熔池。3、坡口太小，或上层焊道与坡口间形成了夹角，熔渣不能充分融化浮出熔池。

2.3 未熔合及未焊透

未熔合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全熔化结合形成的缺陷。未焊透一般是指的根部未熔合，由于长输管道一般都是采用单面焊（除内焊机打底采取双面焊外），因此该类缺陷也是比较常见的，尤其是在电焊工施工经验不丰富的情况下。未焊透对焊道的危害很大，它使焊道的有效截面积减少，同时由于属于开口性缺陷，又能造成严重的应力集中。在管道进行下沟作业或承压很高的情况时，如果未焊透深度很深，还可以出现焊道沿未焊透处撕裂现象。

产生原因：1、坡口加工不规范，角度太小，间隙不够，钝边太厚。2、层间清理过度，造成坡口被打宽，形成沟槽等。3、手法不稳，电流较小，线能量输入太小。

2.4 烧穿烧融

烧穿是指在焊接过程中，由于种种原因导致熔池熔穿前层焊道金属，使熔化金属自坡口背面流出，造成孔洞的缺陷。烧穿使焊缝有效截面积变小，在管道受内压的情况下也会造成应力集中。如果不做处理，在后层焊道的焊接中该处更容易出现烧穿，造成孔洞越来越深。在仰焊部位，如果熔池将前层焊道金属加热至临界融化状态，由于金属重力指向本层焊道，因此不会造成烧穿，而出现金属塌落现象。这种情况在射线底片上显示和烧穿影像差别不大，施工中一般称之为烧融。

产生原因：1、电流过大，热输入太大。2、停留时间过长，摆动太慢。3、电弧太长，电弧力太大。4、层间清理打磨过度，导致前层焊道厚度太薄。

2.5 气孔

气孔一般是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有逸出所形成。其形式有条形气孔、密集气孔、球形气孔、柱状气孔等（在长输管道焊接中，还有一种缩孔缺陷，其在射线检测底片上影像与气孔比较类似，但缩孔的形成一般是由于熔化金属凝固时液相变固相过程中的体积差所造成，与气孔有本质区别。在管道施工中由于焊接工艺都比较成熟，故缩孔缺陷一般很少见，本文就不做讨论）。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔、面积很大的圆形气孔外，其他气孔的危害性一般都比较小，甚至还有止裂倾向。

产生原因：1、焊材、坡口不清洁，有铁锈油污等，焊材受潮。2、电源电压不稳，电流不稳。3、焊接速度太大。4、保护方式不合适，如气保护焊时保护气流量过大或过小。

2.6 内凹

内凹就是指焊道根部不饱满突出，向外焊道一侧凹进的缺陷。其与烧穿烧融一样，都属于焊道厚度薄于期望值的缺陷。长度一般要长于烧穿烧融，但产生原因有根本不同，内凹都是在焊道打底时产生，而烧穿烧融都是在根焊完成后，后续焊道对根焊道的破坏所造成。其对焊道有效截面积也起到了减薄的影响。