X80管线钢焊接裂纹产生原因及应对措施

X80管线钢焊接裂纹产生原因及应对措施

作者：甄勇

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第02期

摘要：在油气管道施工中季节性湿地软土地质情况下，大口径高强钢X80管线工程施工时，管道根焊5～7点钟部位承受复杂的受力状况，在钢管组焊过程中，当焊接接头强度不足时，容易产生裂纹缺陷。本文结合西三线东段施工过程中出现的问题进行了原因分析和对策论述。

关键词：软土地质；大口径高强管线钢；根焊；六点钟位置；裂纹

1 引言

目前在我国，大口径高强钢X80管线正被大量应用，但在实际操作中，容易出现的焊接缺陷就是裂纹。

以西三线东段管线为例，表1中缺陷位置数据是以钢管两点钟为0位，沿介质流动方向顺时针进行测量，每道焊缝总长按钢管理论周长3828mm进行计算。通过对数据进行分析，发现裂纹位置处于5～7点钟左右位置。根据射线照相底片缺陷分析和现场打磨结果验证，缺陷位于焊缝根焊部位。

2 材料性能

2.1 钢管性能

根据钢管质量证明书化学成分与力学性能分析，质量符合产品标准要求，钢管碳当量在≤0.12%间，材料焊接性能较好。

2.2 焊接材料化学成分与力学性能

焊接材料全部进口，根焊、填盖焊丝化学成分与力学性能符合焊接工艺标准要求。

3 焊接工艺规程

本焊接工艺规程结合西气东输二线管道工程、西气东输三线（西段）管道工程焊接工艺现场应用经验编制而成。焊接工艺主要参数见表2。

4 焊接工艺

焊缝采用带钝边的双V型坡口，简要焊接工艺程序如下：

①焊缝坡口及钢管内、外表面清理；②管墩制作（由挖土机挖土堆成，每根钢管二个）、钢管就位；③内对口器就位及组对；④坡口组对检查；⑤预热（100～200℃，红外测温仪检查）；⑥根焊及清根；④层间温度控制（60～150℃，红外测温仪检查）；⑧热焊及清根；⑨填充焊及清根；⑩盖面焊及表面清理；⑪焊缝外观及几何尺寸检查；⑫100%射线检测。

5 焊接裂纹原因分析

由于该工程地处季节性湿地，属软土地层，在管道环焊缝组焊过程中，当焊缝金属尚未完全冷却，其焊接接头的强度还未达到标准规定值的状态下，具体原因分析如下：

①采用全位置下向焊，两名焊工从0点位置同时向两侧进行焊接，当焊到957～1913mm 和2870～1913mm位置时，焊接位置从立焊变为仰焊，金属熔滴的重力作用阻碍熔滴向熔池过渡，迫使焊工加快焊接速度，焊缝厚度较薄，而且熔池内杂质和气体可能来不及溢出变成焊接缺陷，对于1799～2099mm位置这种效应更加明显；②施工区域位于水田地带，仰焊时，焊工仰躺在地面或蹲在操作坑内，高地下水位和低地耐力的施焊环境相当恶劣，容易影响焊工正常焊接技能的发挥，出现焊接缺陷；③由于焊接位置和操作条件差，焊工对1799～2099mm位置根焊缝打磨量特别大，一般情况下，经打磨后，焊缝厚度只有1.5～2.5mm。当时打磨采用

Φ125mm砂轮片，操作不容易控制，当焊工视野不好时，更加容易发生过打磨现象，出现缺口轮廓，从而进一步降低焊缝厚度。

6 对策措施和效果

根据焊缝受力和原因分析，提出了以下对策措施：

①加强对焊工的理论和操作培训，提高焊接质量；②对焊接工艺进行调整，当焊接到底部位置，相应调整焊接参数，保证底部位置的厚度和质量，必要时，由根焊焊工在5～7点钟位置焊接第二层，保证焊缝厚度；③增加管墩的高度和强度，给焊工提供较好的仰焊操作条件，从而提高焊接质量，减少焊缝的附加应力；④调整磨光机的砂轮片直径，从Φ125mm 调整为Φ100mm，提高磨光机可操作性，减少打磨量，保证焊缝轮廓；⑤尽可能降低焊缝两侧的管墩距离，减少焊缝重力作用；⑥在地耐力较差施工地段，在吊管机下垫钢板或脚手架片，减少吊管机沉降的影响；⑦减少热焊和根焊的间隔时间；⑧调整内对口器撤离时间，当热焊完成后再行撤离。

7 结语

根焊5～7点钟位置焊缝厚度薄、缺陷较多，受到钢管重力、附加应力作用，当焊缝金属尚未完全冷却，强度较低时，根焊部位特别是1799～2099mm位置根焊部位产生拉裂，当同时存在扭矩作用时，焊接裂纹缺陷呈台阶状；对根焊焊道用砂轮过渡打磨产生高温后，由于1799～2099mm位置接近操作坑，当操作坑上的水滴沾到焊道上时，水滴对根焊的急速冷却作

用也可能出现根焊裂纹；尚未经过回火的根部焊道熔敷金属强度可能高于最终接头强度，焊接过程中若发生管线移动，焊缝缺口敏感性轮廓将导致其产生机械裂纹。

参考文献：

[1]梁一鸣，姜静威.X80钢管道返修焊接工艺[J].石油石化，2013（16）.

[2]熊玉林，杜责裕，董丽红等.高强度X80钢管道的焊接[J].石油工程建设，2004，30（2）.