劉保平 楊林兵 鄧 軍

中國石油長慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710021)

X80鋼管施工常見焊接缺陷和質(zhì)量控制措施

劉保平 楊林兵 鄧 軍

中國石油長慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710021)

以目前正在施工的中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線輸氣管道工程焊接中易產(chǎn)生的各類常見缺陷為例，說明了各類缺陷形成的原因和預(yù)防措施，指出了日常外觀檢驗和無損探傷中應(yīng)注意的幾個問題。

X80鋼管 焊接缺陷 外觀檢驗 無損探傷 質(zhì)量控制

繼我國西氣東輸工程建成以來，近10年來，大口徑長距離高壓力的長輸管道工程得到了迅猛發(fā)展，材質(zhì)也由最初的X70級發(fā)展到目前廣泛使用的X80級，X80級管材是高強度、高韌性鋼，因這種鋼材的特殊性，它對焊接要求十分嚴(yán)格，如坡口形式、焊前預(yù)熱溫度、焊接中的層間溫度、焊接電流電壓、送絲速度、焊接設(shè)備及材料、焊接方式方法等都應(yīng)執(zhí)行經(jīng)評定合格的焊接工藝和專用的焊接工藝規(guī)程。目前正在施工中的中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線輸氣管道工程（以下簡稱“中貴聯(lián)絡(luò)線”），橫跨寧、甘、陜、川、渝、貴六省區(qū)，管道全長約1 600km，規(guī)格為φ1 016mm× 12.8～22.9mm，材質(zhì)為X80。眾所周知，焊接在長輸管道施工中占據(jù)著極其重要的地位，焊接質(zhì)量的好壞直接影響著管道的安全運行和使用壽命。因此，各級質(zhì)量管理部門把焊接這一環(huán)節(jié)始終作為質(zhì)量控制的重中之重，施工單位更是在焊接這一工序中投入了大量的人力、物力和財力。焊縫的缺陷分為外觀缺陷和內(nèi)部缺陷，外觀缺陷可通過人眼從焊縫外部直接觀察、測量，并依據(jù)相應(yīng)的檢驗標(biāo)準(zhǔn)進行評定，而焊縫內(nèi)部缺陷我國目前仍然主要采用X射線探傷的方法，因為射線探傷具有定性準(zhǔn)確、缺陷直觀、重復(fù)性好、可追溯性、受人為影響因素小等優(yōu)點，仍為管道焊接內(nèi)部缺陷探傷的首選方法，它在焊縫內(nèi)部缺陷檢測中的地位至少目前為止是不可動搖的。

中貴聯(lián)絡(luò)線焊縫質(zhì)量檢查和無損檢測執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)分別是Q/SY GJX 0110-2007《西氣東輸二線管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)范》和Q/SY GJX 0112-2007《西氣東輸二線管道工程無損檢測規(guī)范》。

1 焊縫中的常見缺陷

1.1 外觀缺陷

外觀缺陷主要有咬邊、焊縫局部低于母材、焊縫余高過高、表面氣孔夾渣、凹陷及成形不良等，這些缺陷一般用肉眼從焊口外部可直接進行檢查、測量。

（1）咬邊主要是由于在焊接過程中熔敷金屬未能蓋住母材的坡口，在焊道邊緣留下低于母材的缺口。淺短的咬邊可以不做處理，但過深的咬邊會對焊道力學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭強度。中貴聯(lián)絡(luò)線工程對咬邊要求是：咬邊深度≯0.5mm；咬邊深度在0.3～0.5mm之間的，單個長度≯30mm，累計長度≯焊縫周長的15%；咬邊深度＜0.3mm的允許存在[1]。

（2）焊縫余高超標(biāo)會影響到管道焊縫的質(zhì)量，尤其是當(dāng)焊縫低于母材時焊縫受到的影響最大，低于母材使該截面處焊縫強度降低，嚴(yán)重影響管道的安全和使用功能。余高過高會引起一定的應(yīng)力集中，同時會對后續(xù)工序防腐補口產(chǎn)生一定的影響，可能導(dǎo)致補口帶與焊縫不能完全結(jié)合牢固，防腐補口的實際質(zhì)量降低。中貴聯(lián)絡(luò)線對焊縫余高要求是0～2mm[1]。

（3）其他不允許存在的缺陷有：表面裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、引弧痕跡、有害的焊瘤、凹坑等[1]。

1.2 焊縫內(nèi)部缺陷

（1）裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷，由于其具有延展性，在管道存在內(nèi)應(yīng)力的情況下裂紋會延伸擴展，直至管道破壞為止。因此長輸管道施工中，裂紋缺陷是不允許存在的，通常也不允許返修，必須割口重焊，常見的管道裂紋有縱向和橫向2種，以冷裂紋形式的居多。

（2）未焊透及根部未熔合：焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。長輸管道一般都采用單面焊，因此該類缺陷也是比較常見的，尤其是在電焊工施工經(jīng)驗不豐富的情況下，未焊透及根部未熔合對焊道的危害很大，它使焊道的有效截面積減少，同時由于屬于開口性缺陷，又能造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，在管道進行下溝作業(yè)或承壓很高的情況時，如果未焊透深度很深，還可能出現(xiàn)焊道沿未焊透處撕裂現(xiàn)象。中貴聯(lián)絡(luò)線工程規(guī)定根部未焊透和根部未熔合單個長度≤10mm，任何連續(xù)300mm的焊縫長度內(nèi)，其累計長度≯20mm[1]。

（3）未熔合：焊接時焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分，也是焊接中的常見缺陷，危害較大。焊縫與坡口之間的未熔合其特點是面狀、平行且緊挨著相鄰的坡口，有一定的長度。中貴聯(lián)絡(luò)線工程規(guī)定：單個長度≤12.5mm，任何連續(xù)300mm的焊縫長度內(nèi)，其累計長度≯25mm[2]。

（4）燒穿是指在焊接過程中，由于種種原因?qū)е氯鄢厝鄞┣皩雍傅澜饘伲谷刍饘僮云驴诒趁媪鞒?，造成孔洞的缺陷。燒穿使焊縫金屬有效截面積變小，在管道受內(nèi)壓的情況下也會造成應(yīng)力集中。如果不做處理，在后層焊道的焊接中，該處更容易出現(xiàn)燒穿，造成孔洞越來越深。在仰焊部位，如果熔池將前層焊道金屬加熱至臨界融化狀態(tài)，由于金屬重力指向本層焊道，雖然不會造成燒穿，但會出現(xiàn)金屬塌落現(xiàn)象。中貴聯(lián)絡(luò)線規(guī)定：燒穿單個缺陷長度≤6mm，任何連續(xù)300mm的焊縫長度內(nèi)，其累計長度≯13mm[2]。

（5）夾渣：未熔的焊絲藥皮或焊劑殘留于焊縫之中。夾渣是殘留于焊縫中的固體熔渣，其在根部、層間或表面均有可能存在。最常見的就是層間夾渣，其形式有線狀、點狀或其它形式。夾渣會降低焊縫的塑性和韌性，尖角往往造成應(yīng)力集中。中貴聯(lián)絡(luò)線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：條狀夾渣寬度≯2mm；單個長度≯25mm；任何連續(xù)300mm的焊縫長度內(nèi)，其累計長度≯50mm。點狀夾渣的評級與氣孔相同[2]。

（6）氣孔：熔池內(nèi)的氣體未在金屬凝固前逸出，殘留于焊縫之中所形成的空穴。氣孔一般是由于熔池中的氣體在熔化金屬凝固時沒有及時逸出所形成，其形式有條形氣孔、球形氣孔、柱狀氣孔等。氣孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔、面積很大的圓形氣孔外，其它氣孔的危害性相對較小。中貴聯(lián)絡(luò)線對氣孔的檢測標(biāo)準(zhǔn)是：壁厚≤15mm時，允許存在6點；壁厚＞15～25mm時，允許存在9點。不同長徑氣孔的換算點數(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY GJX 0112-2007表8進行[2]。

（7）內(nèi)凹：內(nèi)凹又稱根部收縮，由于根部收縮造成淺的溝槽，在焊縫根部形成低于母材表面的低洼部分，它的存在使焊縫部位的截面積減少。中貴聯(lián)絡(luò)線允許的焊縫內(nèi)凹是單個≤25mm；任何連續(xù)300mm焊縫長度內(nèi)，其累計長度≯50mm[2]。

（8）內(nèi)咬邊：沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷。中貴聯(lián)絡(luò)線對內(nèi)咬邊的檢測標(biāo)準(zhǔn)是：單個長度≤25mm，任何連續(xù)300mm焊縫長度內(nèi)累計長度≯50mm[2]。

2 長輸管道焊縫中常見缺陷的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施

2.1 外觀缺陷的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施

外觀缺陷應(yīng)由施工單位班組自檢、互檢、質(zhì)檢員專檢合格后才能委托檢測單位進行探傷。但實際操作過程中，由于長輸管道工程大都任務(wù)重、施工難度大、工期又緊，所以施工單位在焊接施工操作過程中不能嚴(yán)格按照工藝評定執(zhí)行焊接工藝，而無損檢測單位拍片時，為了跟緊工程進度，拍片前往往不做焊縫外觀檢查就直接貼片、拍片探傷，從而形成各種各樣不允許存在的焊縫外觀缺陷。

（1）焊縫低于母材：長輸管道焊接易發(fā)生于3～4點位和8～9點位，這部分焊道從根焊到填充焊接時，熔化的熔池金屬受重力影響，在蓋面焊的前一道填充焊時就相對于管道的其它部位較低，從而整體焊完后會出現(xiàn)該部位低于母材的現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 焊縫低于母材

預(yù)防措施：在這兩個部位焊接時，電弧電壓應(yīng)在焊規(guī)允許范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)低，以增加熔寬，增加導(dǎo)電嘴與熔池之間的焊絲長度。

（2）打磨傷及母材：焊接完成后自檢，發(fā)現(xiàn)余高過大或存在一些超標(biāo)咬邊，就用角向磨光機打磨，操作不好很容易傷及母材。余高過高絕大部分發(fā)生在管道5～7點位，由于該部位焊接時熔池金屬受重力作用產(chǎn)生向下墜的力量，即使與其它部位焊接時電流電壓及焊接速度一致，也容易產(chǎn)生余高超過2.0mm的情況。

預(yù)防措施：對于5～7點位余高過大現(xiàn)象，應(yīng)調(diào)整好焊接角度、在焊規(guī)允許范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)小電流，增加電壓，適當(dāng)加快焊接速度。

（3）表面未熔合：層間清理過度，造成坡口被打?qū)?，形成溝槽。電焊工手法不穩(wěn)，電流較小，線能量輸入太小等都是造成表面未熔合的原因。蓋面焊焊完后，由于局部未填滿又補充蓋面時留下了表面未熔合（見圖2）。

圖2 表面未熔合

預(yù)防措施：應(yīng)注意清理焊道時不傷及母材，正確掌握焊接速度，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程。

（4）焊縫外表面成型不良：焊縫局部忽高忽低，大多數(shù)是焊工手法不穩(wěn)或溝下焊時施工空間不足，受地形限制所造成，且大多發(fā)生在管道焊縫的6點位附近（見圖3）。

圖3 焊縫外表面成型不良

預(yù)防措施：能夠溝上焊的盡量采用溝上焊，不能采用溝上焊的，管道溝下焊時應(yīng)有足夠大的空間，利于焊工順利操作，并使用正確的焊接姿勢，蓋面焊接一次成型合格。

2.2 內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施

（1）氣孔是長輸管道焊接中最常見的一種缺陷。如果發(fā)生在根部，大多是保護氣體純度不夠，排量太小，防風(fēng)不好所致；如果發(fā)生在填充蓋面，是由于焊材受潮，坡口或焊道之間不清潔，電弧電壓過高，焊材成分偏析等原因（見圖4、圖5）。

圖4 根焊氣孔

圖5 蓋面焊氣孔

預(yù)防措施：下雨、下雪、空氣濕度過大或風(fēng)速太大的情況下一定要采取防護措施。如增加防風(fēng)棚，并保證管材焊接前的預(yù)熱溫度，保護氣體的純度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，排量適當(dāng)。焊道清渣徹底，保持焊材干燥。

（2）夾渣是由于焊道清理不干凈，焊接電流較小，焊條角度不正確，使熔渣不能浮出熔池 （見圖6）。

圖6 焊縫夾渣

預(yù)防措施：及時清理焊道，保持清潔；在保證熔透的情況下適當(dāng)減少焊接電流，電流較大時導(dǎo)電嘴不要壓得太低；適當(dāng)降低焊接速度，提高電弧電壓。

（3）坡口未熔合：填充焊時焊速太快或電流太小，焊材成分偏析，電弧過長或焊條角度不當(dāng)所造成（見圖7）。

預(yù)防措施：采用較大的焊接電流，正確地進行施焊操作，注意坡口部位的清潔。組對焊口時保證對口間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）根部未熔合：對口間隙太小或錯邊量超標(biāo)，鈍邊太厚，操作方法不當(dāng)所致（見圖8）。

圖7 坡口未熔合夾渣

圖8 根部未熔合

預(yù)防措施：組對間隙適當(dāng)，注意組對時的錯邊量，坡口角度和鈍邊尺寸應(yīng)符合規(guī)定，焊接角度要正確。

（5）根部未焊透：對口間隙偏小，焊接電流過小或焊速過快（見圖9）。

圖9 根部未焊透

預(yù)防措施：組對間隙適當(dāng)，按工藝規(guī)程規(guī)定電流電壓施焊。

（6）內(nèi)凹大多發(fā)生于管道5～7點位，由于焊速慢、熔池大、溫度高、熔化金屬受重力作用發(fā)生下墜，焊絲未送到適當(dāng)位置或?qū)陂g隙太大、根部焊道太寬所致（見圖10）。

預(yù)防措施：組對間隙大小適中，保持適當(dāng)焊速和適宜電流。

（7）根部咬邊：由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確，大多是由于操作手法如運條角度、速度不正確，電流太大或電弧太長所產(chǎn)生的（見圖11）。

圖11 根部咬邊

預(yù)防措施：調(diào)整根焊電流和施焊速度，應(yīng)用正確的焊接角度，注意對口間隙。

（8）燒穿：由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作方法不正確，焊接電流過大，焊接速度過慢，電弧在焊縫處停留過久，組對間隙太大，使熔化金屬受重力影響導(dǎo)致燒穿產(chǎn)生（見圖12）。

圖12 燒穿

預(yù)防措施：組對間隙大小適中，電流不宜過大，保持適當(dāng)?shù)暮杆佟?/p>

（9）裂紋：長輸管道中產(chǎn)生的裂紋大多是由應(yīng)力所致。當(dāng)管道在預(yù)熱不均勻或不預(yù)熱、焊接速度及熱輸入量不穩(wěn)定時，這種現(xiàn)象會使局部加重。溝下焊時，當(dāng)兩個管口隨圓度相差較大使用外對口器強力組對時，應(yīng)力一般是產(chǎn)生冷裂紋的直接原因。在X80這種高強鋼的焊接中，層間溫度不均勻、局部溫差過大會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。氫也是導(dǎo)致冷裂紋產(chǎn)生的重要因素。焊接時，由于電弧溫度很高，使焊材、空氣、坡口的臟物等其中含有的水分分解，形成氫原子或離子進入焊縫熔池中，當(dāng)熔池快速冷卻后，未來得及逸出的氫便以過飽和態(tài)留在了焊縫中，由于過飽和氫很不穩(wěn)定，因此會自發(fā)的向周圍和大氣中擴散，氫的擴散速度與焊縫的冷卻速度、焊縫組織情況及應(yīng)力方向有關(guān)，通常在以上原因的共同作用下，就會誘發(fā)冷裂紋產(chǎn)生。

預(yù)防措施：首先要按照工藝規(guī)程規(guī)定的焊前預(yù)熱至100～200℃，且保證圓周均勻預(yù)熱。其次避免強力組對，尤其是溝下焊使用外對口器時，必須保證根焊完成50%以上才能撤離[1]。管道焊接，尤其是填充焊時應(yīng)保證管道相對穩(wěn)定，不得產(chǎn)生軸向彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。管道在連死口時，切不可采用千斤頂、吊管機上提，挖掘機下壓等來調(diào)節(jié)對口間隙的強力組對方式。

3 焊縫外觀檢驗

（1）施工機組在管道組對前，應(yīng)對管口橢圓度再次進行檢查確認(rèn)，若橢圓度超標(biāo)，現(xiàn)場一般無能為力，此根鋼管則不能使用，如果強力組對，則會造成錯變量超標(biāo)或裂紋。焊接完成后，應(yīng)及時進行外觀檢驗，每條長輸管道有各自的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。中貴聯(lián)絡(luò)線采用西二線的焊接技術(shù)規(guī)范Q/SY GJX0 110-2007。焊接完成后應(yīng)由蓋面焊的焊工進行自檢，對個別余高超高的地方允許打磨處理，但操作時應(yīng)特別注意要圓滑過渡到母材，不能出現(xiàn)打磨棱角更不能傷及母材。在實際監(jiān)督檢驗中，發(fā)現(xiàn)由于外觀打磨而傷及母材的現(xiàn)象絕非個別。

（2）焊接機組的質(zhì)檢員在例行外觀檢查時，應(yīng)對整個焊口進行一次全面檢驗，特別注意管道底部余高、焊寬、咬邊及外部成型情況，即6點位附近的外觀質(zhì)量，不應(yīng)僅限于0、3、6、9點4個位置。而對于錯邊量，尤其是溝下焊使用外對口器應(yīng)特別注意，一旦造成錯邊量超標(biāo)，處理的辦法就是割口重焊，這樣“勞民傷財、得不償失”。

（3）監(jiān)理應(yīng)當(dāng)及時進行平行檢驗，對易出現(xiàn)外觀缺陷的機組應(yīng)加大檢查力度，并根據(jù)外觀缺陷的類型，幫助施工單位分析問題和解決問題。

（4）經(jīng)過自檢合格的焊口應(yīng)及時委托檢測單位進行無損探傷，這樣一旦缺陷返修，就能及時予以返修處理。

4 焊縫無損檢測

（1）檢測單位接到無損檢測委托后應(yīng)當(dāng)及時到現(xiàn)場檢測。拍片前，應(yīng)再進行一次外觀檢查，發(fā)現(xiàn)有不符合外觀要求或影響底片評定的情況時應(yīng)及時通知監(jiān)理，以便施工單位及時處理。存在嚴(yán)重外觀缺陷的應(yīng)拒絕拍片。

（2）按照無損檢測工藝規(guī)程和各檢測單位的管理制度組織底片評定，評定中應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)去做。

（3）檢測單位要將檢測結(jié)果及時通知監(jiān)理和施工單位，以便施工單位組織防腐補口或返修。

5 結(jié)束語

大口徑長輸管道工程投資大、工期長、使用壽命一般至少幾十年，它的質(zhì)量攸關(guān)重要，是為國家的未來和子孫后代造福的一項民心工程。而焊接質(zhì)量好壞對管道的使用壽命起到至關(guān)重要的作用。要順利完成此項工作，需要業(yè)主、監(jiān)理、EPC總承包、設(shè)計、施工、檢測等各方的通力合作才能完成，任何一方缺失或大意都可能會產(chǎn)生無法挽回的經(jīng)濟損失甚至政治影響，所以對此項工作應(yīng)一絲不茍、認(rèn)真按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計文件的要求去做。

[1]Q/SY GJX 0110-2007西氣東輸二線管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)范[S].

[2]Q/SY GJX 0112-2007西氣東輸二線管道工程線路無損檢測規(guī)范[S].

By an example of all kinds of common defects appearing easily in the present welding construction of gas pipeline project on the connection line between Zhongwei and Guiyang,the paper presents the formation causes of all defects and corresponding prevent measures.Then it is pointed out that several problems in daily observational examination and nondestructive flaw detection should be paid much attention.

X80 steel pipe;welding defects;observational examination;nondestructive flaw detection;quality control

劉保平(1963-)，男，工程師，無損檢測高級人員，安裝專業(yè)一級質(zhì)量監(jiān)督工程師。

2012-03-18▎