长输天然气管道焊接裂纹成因及控制措施

浅析长输天然气管道焊接裂纹成因及控制措施

【摘要】近几年来我国正加紧了天然气管道的建设，天然气是一种无色但却易燃易爆的气体，而长输天然气管道焊接裂纹一直是影响管道焊接质量的一大难题，今日笔者以长输天然气管道焊接裂纹的特征、产生原因和影响因素进行一定的分析，并提出几点有针对性的见解。

【关键词】长输天然气管道焊接裂痕控制措施

煤、石油、天然气是常用的三种化石燃料，而天然气作为一种绿色环保，经济实惠的化石燃料，在当今社会中更是被广泛的使用。纯天然气本身是一种无毒、无色、无味的可燃性气体，但由于室内空气不流通，天然气燃烧不充分可能会产生一氧化碳，被人吸入体内就会出现头晕、恶心等状况，严重时更会造成窒息行为，加之天然气本身就是一种易燃易爆的混合性气体，与空气混合后遇到火源便会发生爆炸，长输天然气管道涵盖范围较广，如若管道在途中泄露，将会大面积的影响到居民的燃气供给，更严重的便是危及居民的生命安全，所以为了保证长输天然气管道的正常运行，管道焊接质量是尤为重要的一环，尤其是不能出现裂纹类缺陷。

1 长输天然气管道焊接裂纹常见类型

长输天然气管道选材的安全性极为重要，在施工过程其质量的保证是必须重视的一大问题。目前有热轧无缝钢管、螺旋缝钢管和直缝钢管三种类型。其中无缝钢管在全世界的流通最为频繁。我国天燃气输送管道大多是带有螺旋缝的金属管，虽是符合国家标准，但

这些材料的可塑性、抗腐蚀的能力和材料本身的韧性较低，在施工时期，如若再加上管道制作不够精细，变回造成焊口质量难以达到预想的目标，有的连预期的使用年限都无法满足。管道在运行的时候，如果频繁的受到温度的振动或者波动等作用，那么只要焊缝处稍有细微的缺陷，就极易引发裂纹。

2 长输天然气管道焊接裂纹的影响因素

长输天然气管道裂纹会影响到焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。焊接裂纹不仅会产生于焊接过程中，而且还会在焊后的再次加热中出现。焊接裂纹根据其尺寸、部位、机能和形成原因的不同，会有不同的分类方法。按照裂纹的形成的条件，就可以分为冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹四类。

2.1 冷裂纹

长输天然气管道冷裂纹主要发生在热影响区和熔合线处，其焊接接头存在淬硬组织使其性能脆化、扩散时氢含量较高使的接头性能脆化、焊接缺陷处形成大量聚集的氢分子造成非常大的局部压力，这些都是长输天然气管道产生冷裂纹的原因。

最主要和常见的冷裂纹被称为延迟裂纹，那是在焊后延迟一段时间才发生的裂纹，主要是由于氢元素在金属中扩散、聚集和最终诱发裂纹都需要一定的时间。

对于此类裂纹，可以采取以下几个措施进行防范：

（1）选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢的含量、提高焊缝金属塑性；

（2）降低拘束应力，采用合理的工艺规范，避免应力集中，加强焊后热处理；

（3）降低焊后冷却速度，在焊接前期预热、焊接后期缓冷；（4）减少氢来源，焊材要烘干，接头要清洁，保证无油、无锈、无水等；

（5）焊后立即进行消氢处理。

2.2 热裂纹

焊接热裂纹是指高温下所产生的裂纹，通常会在焊缝的内部产生，当然有时也可能出现在热影响区，表现形式为：根部裂纹、横向裂纹、纵向裂纹等。焊接熔池在结晶过程中本身就存在偏析现象，当焊接应力足够大时，就会因为结晶被拉开，形成裂纹。此外，如果钢材中掺有杂质，也会造成在拉应力的作用下形成裂纹的现象。针对的热裂纹形成的缘由，可采取以下几个措施：

（1）控制硫、磷的含量，降低钢材含碳量；

（2）在一定条件允许下，可以提高焊缝的形状系数避免中心线裂纹的现象；

（3）采用碱性焊条或焊剂，降低焊缝中的杂质含摄；

（4）采用合理的焊接顺序和方向。

2.3 再热裂纹

再热裂纹是焊后焊件在一定温度范围内再次加热而产生的裂纹，再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止，它是经消除残余应力热处理或一定温度服役过程中

产生的沿奥氏体晶间发展的裂纹。

对于这类型原因造成的管道焊接裂纹，首要解决的便是材料问题，应选择再热裂纹敏感性低的材料；其次减少焊接应力，合理地安排焊接顺序；当然若焊后能及时后热，可适当降低预热温度，以保证焊接的可行性。

2.4 层状撕裂裂纹

此裂纹主要是因为钢板的内部存在有分层的夹杂物，所以在焊接时产生了垂直于轧制方向的应力，致使在热影响区或稍远的地方，形成呈阶梯状的一种裂纹。

要控制这类缺陷的存在，首要任务便是在冶炼金属的过程中严格控制夹杂物的数量以及分布；其次可以改善接头设计，减小拘束应变

3 长输天然气管道焊接裂纹控制的若干对策

3.1 焊条的选用及处理

从国际上焊接管道的趋势上看，适用于长输管道的纤维素型焊条及碱性焊条的应用愈加广泛。各国对于两种素材的焊条使用方法不一。通过实践证明，焊接打底焊道时采用纤维素型焊条，焊接其他焊道及盖面焊道时采用碱性焊条，可使焊接接头质量进一步提高，减少焊缝中氢的混入。

3.2 统一工艺参数

在焊接工艺规程规定的范围内应选择“较大焊接线能量”（规定范围内的扩大能量并非无限制的增大）来减慢焊缝的冷却速度，利

于氢的扩散。

3.3 其他注意措施

（1）注意焊接始端和终端的质量；

（2）采用连续焊焊接每条焊缝；

（3）焊接后立即进行消氢处理；

（4）焊缝同一部位的焊补次数不宜超过两次。

4 结束语

随着，我国天然气管道的建设的壮大，广大人民群众对于天然气需求的补给更盛，对天然气输送管道施工和建设将会面临更大的挑战，影响焊接质量的因素有很多，采取以上的防范措施，可适当的减少焊接裂纹出现的机率，在一定程度上能够保障长输天然气管道焊接质量。但如果想要从真正意义上保证长输管道的焊接质量，在焊接过程中就一定要严格执行焊接工艺文件的规定，并加强焊接过程和焊接检验质量的控制。一方面提高焊接员工的实践操作能力，另一方面用发展的眼光看待事物，养成在焊接过程中，发现问题解决问题的习惯。

参考文献

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