王 曦，王新安，王 珂，汪 瑾

(1.陜西燃氣集團有限公司，陜西西安 710016；2.中國石油集團石油管工程技術研究院，陜西西安 710077；3.陜西省產品質量監(jiān)督檢驗研究院，陜西西安 710048)

0 引言

環(huán)焊縫作為長輸管道的薄弱環(huán)節(jié)，因施工缺陷或附加應力等因素出現(xiàn)失效所導致的泄漏事故，在長輸管道各類泄漏事故占較大比例[1-8]。某天然氣公司管線設計壓力8.0 MPa，管徑914 mm，鋼管材質X70。發(fā)生泄漏時管道運行壓力4 MPa左右，開挖后泄漏管段泄漏點位于環(huán)焊縫6點鐘左右位置，可視裂紋長約80 mm。

本文采用宏觀分析、電鏡掃描、金相分析[9-12]等方法，對該處泄漏管段樣品進行系統(tǒng)分析，確定其泄漏的原因，為同類天然氣管道運營提供參考。

1 斷口分析

1.1 宏觀分析

泄漏處為直管段與彎頭連接處環(huán)焊縫，直管段管道規(guī)格為Φ914×12.7 mm，彎頭規(guī)格Φ914×16 mm，其內表面裂紋長于外表面，外表面裂紋中心位于兩半周焊的對接處，存在明顯成型不良現(xiàn)象，裂紋中心一側沿焊趾處開裂，另一側沿焊縫擴展；泄漏處內表面根焊寬度不均勻，且高度低于母材，存在補焊痕跡，裂紋長度與補焊痕跡長度基本相同；無明顯錯邊現(xiàn)象(圖1)。去除表面腐蝕物后，根焊處斷口為灰黑色，斷面中心顏色較淺，有明顯人字花樣匯聚。

(a)內表面形貌

1.2 金相分析

采用MEF4M型金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)，對環(huán)焊縫泄漏裂紋斷口取3處金相試樣進行剖面分析(其中斷口1、2位于裂紋同位置兩側，斷口3位于裂紋中心處)，斷口形貌見圖2、圖3?？梢钥闯觯瑪嗫?、斷口2和斷口3根焊處較平齊，且均發(fā)現(xiàn)脫碳層，寬度約200 μm，其余部位斷面可見多處裂紋。試樣根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊高度分別為3、1.3、1.7、6.8 mm，與所要求的焊接和返修焊接中1層根焊、1層熱焊、4～5層填充焊和1層蓋面焊的工藝不符。

(a)斷口1根焊側

(a)根焊側

1.3 電鏡掃描分析

采用TESCAN-VEGAⅡ型掃描電子顯微鏡對斷口1試樣進行微觀分析。圖4為環(huán)焊縫斷口低倍形貌，可見環(huán)焊縫開裂起源于根焊部位。圖5為斷口1處根焊、中心和外壁在電子顯微鏡高倍下的形貌，可以看出，斷面中心呈現(xiàn)大量河流花樣解理臺階，具有明顯脆性斷裂特征，且根焊脫碳層區(qū)域存在大量二次裂紋。

圖4 斷口1低倍形貌

(a)根焊處(脫碳層)

2 性能測試

2.1 硬度試驗

采用KB 30BVZ-FA維氏硬度計對鋼管母材和環(huán)焊縫進行硬度試驗，試驗結果如表1所示?？梢钥闯?，試塊硬度結果滿足GB/T 9711—2017低于35 HRC(345 HV10)要求，硬度正常。

表1 維氏硬度試驗結果 HV10

2.2 夏比沖擊試驗

采用PSW750型沖擊試驗機對管段母材、環(huán)焊縫試樣進行夏比沖擊試驗。試驗溫度選擇GB/T 9711—2017要求的0 ℃。試樣采用55 mm×10 mm×10 mm的夏比沖擊試樣。試驗結果如表2所示(結果已換算成全尺寸)。試驗結果表明，環(huán)焊縫11點位置處一件試樣的沖擊性能不滿足標準要求(≥38 J)，其余均滿足GB/T 9711—2017的要求。

表2 環(huán)焊縫夏比沖擊性能測試結果

3 結束語

(1)綜合以上試驗結果，可以得出，該試樣管段環(huán)焊縫宏觀分析存在明顯成型不良現(xiàn)象，內外表面根焊寬度不均勻，且高度低于母材，存在補焊痕跡，裂紋長度與補焊痕跡長度基本相同；泄漏裂紋斷口樣品均發(fā)現(xiàn)脫碳層，應受補焊時二次加熱溫度過高所致，樣品實際焊接情況與規(guī)定的焊接工藝不符；對斷口試樣進行電鏡微觀分析，發(fā)現(xiàn)斷面中心呈現(xiàn)大量河流花樣的解理臺階，具有明顯脆性斷裂特征；除個別測試樣品夏比沖擊試驗不滿足要求外，其他的樣品沖擊性能及硬度均能滿足規(guī)范要求。

(2)對建設期間的管道，應做好焊接過程中的現(xiàn)場核查和質量驗收，焊接過程中應嚴格按照規(guī)范要求控制錯邊量、避免強力組對、調整不良地質條件下的連頭位置，尤其對返修、環(huán)焊縫焊接等關鍵環(huán)節(jié)實施“雙百檢測”，保證管道焊接質量；對運行期間的管道，應建立環(huán)焊縫日常檢測、評價和修復工作程序，充分利用數字化管道技術，對管道重點部位、重點位置進行編碼和監(jiān)測，對管道長期運行過程中的環(huán)焊縫問題及時發(fā)現(xiàn)并處理，杜絕因環(huán)焊縫失效導致的各類事故發(fā)生。