李躍升

【摘 要】 本文是通過分析在油氣管線環(huán)焊縫焊接工藝中的經(jīng)常出現(xiàn)的問題，如未焊透、夾雜物、未熔合、內(nèi)部氣孔、內(nèi)部裂紋等等等，并對(duì)提出相關(guān)的焊接質(zhì)量控制措施，對(duì)油氣管線環(huán)焊縫焊接施工的提高起到指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】 油田；管道；油氣；焊接

隨著油田到了開發(fā)的后期，砂蠟水稠低等等的問題越來越突出，這對(duì)管道鋪設(shè)的要求也是越來越高，管道施工單位面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；同時(shí)又對(duì)管道的運(yùn)行造成了極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，而管道運(yùn)行的安全狀況與管道材質(zhì)及其焊縫狀態(tài)有很大的關(guān)系。因此，嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量，對(duì)避免災(zāi)難性事的發(fā)生具有重要意義。

一、管道焊接常見問題及危害

國外研究的焊接證實(shí)，在管道焊接的過程中常出現(xiàn)以下的技術(shù)問題：

（1）燒穿和不定分解。如果焊接熔池下方未熔化的金屬強(qiáng)度不能抵抗它所承受的應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)燒穿泄漏現(xiàn)象。隨著壁厚增加和熔深減小，燒穿的危險(xiǎn)將降低。

（2）氫致開裂。運(yùn)行管道在線焊接時(shí)由于管子內(nèi)部輸送物質(zhì)的流動(dòng)造成焊后快冷，促使形成對(duì)氫致裂紋敏感的淬硬組織。

（3）焊工造成的不連續(xù)性。所謂焊工造成的不連續(xù)性是指那些可以由焊工通過一定的技巧加以控制的缺陷，如氣孔、夾雜、咬邊等。這些缺陷在一定程度上是允許的，而氫致開裂一般是不允許的。

在眾多的缺陷造成的破壞形式中，斷裂和塑性失穩(wěn)是管道失效的主要的兩種模式。從實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來看，缺陷的深度和長(zhǎng)度都大大的影響了管道的極限承載能力，其中深度的影響是十分顯著。除此之外，對(duì)抗斷裂能力影響較大的是管道的焊接部位存在嚴(yán)重的焊接缺陷，特別值得重視的是未熔合、未焊透、錯(cuò)邊等，當(dāng)這些裂紋類缺陷，經(jīng)過復(fù)合變成復(fù)合型缺陷時(shí)，影響管道抗斷裂能力的作用將大大的增大。

二、管道焊接質(zhì)量控制的措施

2.1 焊接前的準(zhǔn)備工作

（1）材料檢查。管材及焊材等，這些材料必須有原始質(zhì)保書或復(fù)印件，有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)符合材料相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如果對(duì)相關(guān)的材料內(nèi)容有懷疑時(shí)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，領(lǐng)發(fā)料應(yīng)有嚴(yán)格的手續(xù)。

（2）焊前準(zhǔn)備。焊口檢查清理，被焊表面應(yīng)均勻、光滑，不得有磨損、油脂、起鱗、油漆、鐵銹、渣垢等和其他影響焊接質(zhì)量的有毒物質(zhì)；鋼管對(duì)口，鋼管的對(duì)口優(yōu)先采用內(nèi)對(duì)口器組對(duì)，在無法應(yīng)用內(nèi)對(duì)口器對(duì)口時(shí)，可用外對(duì)口器。對(duì)口間隙過大或者過小，焊接時(shí)容易燒穿或者熔化不良。焊前預(yù)熱，預(yù)熱對(duì)于防止低溫裂紋及應(yīng)變脆化裂紋的效果最明顯，通過預(yù)熱，可以降低焊接接頭的冷卻速度，促進(jìn)擴(kuò)散氫的排放，有效地防止氫致裂紋的出現(xiàn)。

（3）焊縫成形。焊縫尺寸過高、過寬、高低差太大等都屬于焊接缺陷，這些缺陷造成局部應(yīng)力集中，降低焊件的疲勞強(qiáng)度，焊縫線能量大，焊接接頭過分受熱，從而降低機(jī)械性能。

2.2提高石油管道焊接技術(shù)水平

管道運(yùn)輸是石油、天然氣的一種大規(guī)模而經(jīng)濟(jì)的輸送方式。其特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、安全和不間斷。由于管道運(yùn)輸?shù)挠行?，管道不只是用來輸送石油和天然氣。在公路、鐵路、海運(yùn)、空運(yùn)和管道這五大運(yùn)輸方式中，管道運(yùn)輸被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的一種運(yùn)輸方式。特別是對(duì)于石油、天然氣等流體來說更為有效。國內(nèi)外對(duì)中、高強(qiáng)度級(jí)別管道的焊接研究，從焊接設(shè)備、焊接材料和焊接工藝上均有突破性進(jìn)展，開發(fā)了管道全位置自動(dòng)焊機(jī)、管道專用下向焊焊條、自保護(hù)藥芯焊絲及實(shí)心焊絲等焊接材料。我國對(duì)油氣管線環(huán)焊縫焊接工藝的研究，大多注意常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)，未對(duì)潮濕的氣候條件（相對(duì)濕度>90%RH）、抗氫致裂紋和硫化物應(yīng)力腐蝕性能進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。為保證油氣管線環(huán)焊縫質(zhì)量的可靠性，開展對(duì)高強(qiáng)度長(zhǎng)距離油氣管線環(huán)焊縫焊接工藝系統(tǒng)的研究是非常有必要的，研究的成果直接用于工程實(shí)際，為油氣管線的施工建設(shè)提供技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。隨著管線鋼級(jí)別的不斷提高，管線鋼在材料加工制備、成分、組織結(jié)構(gòu)和性能或使用性能這四個(gè)要素之間進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，使高強(qiáng)度管線鋼具備了高強(qiáng)度、高韌性及耐腐蝕性。不僅要求管線鋼和焊縫具有高的強(qiáng)度，而且還要求應(yīng)具有良好的韌性、疲勞性、抗斷裂性和耐腐蝕性。

（1）焊接接頭的力學(xué)性質(zhì)。由于采用的焊接材料本身是管道專用焊接材料且具有抗風(fēng)、抗?jié)穸燃皟?yōu)良的操作工藝性能，適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)和技能合格的焊工，在很大程度上保證了環(huán)焊縫的斷口的質(zhì)量，因此各種工藝均能保證焊縫的質(zhì)量。

（2）環(huán)焊接頭金相組織及硬度。組織決定性能，在焊接過程中，選擇合適的焊接熱輸入和嚴(yán)格控制層間溫度，避免了環(huán)焊接頭粗大組織的發(fā)生，從金相組織方面保證了環(huán)焊接頭的性能。

（3）環(huán)焊縫抗SSCC性能。隨強(qiáng)度級(jí)別提高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向變大。與強(qiáng)度有密切關(guān)系的是硬度，為防止硫化物應(yīng)力腐蝕，硬度極限為248HV。鋼中合金元素對(duì)應(yīng)力腐蝕影響較為復(fù)雜，隨碳當(dāng)量的增加，產(chǎn)生SSCC的傾向增大。

2.3 完善質(zhì)量控制體系

（1）研究并改進(jìn)現(xiàn)有根焊焊接工藝，確保環(huán)焊縫質(zhì)量。這是因?yàn)樵谡麄€(gè)焊接流水作業(yè)中，影響質(zhì)量和速度的決定因素是根焊，面對(duì)大口徑厚壁管線的建設(shè)，推進(jìn) STT 型 CO2 氣保護(hù)逆變焊機(jī)及其他先進(jìn)焊接工藝在根焊中的使用。

（2）以手工焊為基礎(chǔ)，推廣使用半自動(dòng)焊，逐步實(shí)現(xiàn)管道的全自動(dòng)焊接，鑒于手工電弧焊固有的簡(jiǎn)便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，仍是十分重要的焊接手段。但是，為適應(yīng)未來管道施工市場(chǎng)的發(fā)展要求，掌握全自動(dòng)焊接技術(shù)已勢(shì)在必行。

（3）體系推進(jìn)，培訓(xùn)先行，科學(xué)創(chuàng)新培訓(xùn)方法。焊工死板的授課方式、單調(diào)的培訓(xùn)形式起不到良好的培訓(xùn)效果。針對(duì)諸多培訓(xùn)中的因素，從追求實(shí)效的角度，科學(xué)合理地創(chuàng)新培訓(xùn)方式。減少培訓(xùn)人數(shù)，化整為零，管道施工一般都有時(shí)間緊任務(wù)重的特點(diǎn)，采取小課堂的方式，一次培訓(xùn)內(nèi)容，安排幾個(gè)小組輪流開展，既不影響施工，又能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)式交流，化整為零，效果更佳。

三、管道焊接的建議——加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

對(duì)表面缺陷可用磁粉法、渦流檢測(cè)法或滲透檢測(cè)法來檢測(cè)，而對(duì)內(nèi)部缺陷則可用X射線檢測(cè)法或超聲波檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。

（1）射線檢測(cè)。射線檢測(cè)是管道環(huán)焊縫檢測(cè)的一種主要手段，發(fā)展較早，技術(shù)較成熟。其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，工作效率高，一次曝光就可以完成一條對(duì)接環(huán)焊縫的檢測(cè)工作。

（2）超聲檢測(cè)。超聲檢測(cè)的靈敏度比射線檢測(cè)的靈敏度高得多，如果檢測(cè)方法得當(dāng)，超聲檢測(cè)甚至能探測(cè)出閉合的裂紋。

管道環(huán)焊縫射線檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)是：檢測(cè)信息采集數(shù)據(jù)化、 設(shè)備自動(dòng)化和檢測(cè)信息實(shí)時(shí)顯示。

結(jié)束語：

石油管道作為石油運(yùn)輸中最為方便快捷，經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)輸途徑，其施工常見問題的研究十分重要。石油管道需要運(yùn)行的時(shí)間比較長(zhǎng)，適應(yīng)的環(huán)境比較復(fù)雜，承受的強(qiáng)度腐蝕較為嚴(yán)重，所以需要提高焊接技術(shù)。此外，任何一項(xiàng)工程的建設(shè)，都是以安全為主，推進(jìn)HSE在石油管道中的應(yīng)用，十分有必要。相信在不久的將來，石油管道的施工建設(shè)技術(shù)將越來越成熟。實(shí)踐證明，只要嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程和上述的要求，就能焊接出一條高質(zhì)量的長(zhǎng)輸管線。

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