油气长输管道山区陡坡段焊接缺陷的分析与预防措施

油气长输管道山区陡坡段焊接缺陷的分析与预防措施

刘培松

（中油（新疆）石油工程有限公司）

摘要：针对丘陵、山区长输管道施工特点，以往多焊炬内焊机根焊+双焊炬自动外焊机填充/盖面的全自动焊接工艺不适用大落差山区陡坡段以及影响施工连续性的多弯头地形。手工氩弧焊根焊+单焊炬自动外焊机填充/盖面的组合自动焊工艺成为目前山区陡坡段的主要焊接方式，而如何减少组合自动焊产生的缺陷以及采取何种相应的预防措施是当前面临的主要问题。

关键词：山区陡坡段；组合自动焊；焊接缺陷；预防措施 。

0前言

采用多焊炬內焊机进行组对和根焊，双焊炬外焊机进行填充和盖面，是目前大口径输气管道线路焊接常用工艺，工艺成熟，质量可控。但其不适用于地形起伏角度超过 12°的山区。组合自动焊工艺，主要用于局部地形坡度较大地区以及连头段，工艺特点是设备配置简单灵活，对于不能实现连续流水焊接，尤其有实用意义。该工艺缺点是焊接速度慢，焊接质量控制难度大，制约其在主干线路上的应用规模。

1不合格焊口统计

依托福建省某长输管道工程，该工程丘陵、山区地段占比90%以上，高陡坡段多达36处，长度最小为60m，最大为1018m，其中坡度在25°以上的长陡坡有16处。通过对已产生的50道不合格焊口进行统计分析，初步掌握了组合自动焊缺陷产生的分布规律。

1.1缺陷类型占比统计

1.2缺陷深度占比统计

1.3缺陷点位分布占比统计

针对组合自动焊工艺，由缺陷类型占比统计得知，焊接产生的缺陷类型主要有：圆形缺陷、未熔合缺陷、埋藏型缺陷，其中埋藏型缺陷为焊道层间缺陷，点状缺陷与线状缺陷为焊缝根部缺陷或近表面缺陷，虽然裂纹缺陷占比最小，仅有1.75%，但裂纹缺陷对于管道运行具有致命性，一经发现，采取割口处理。根据缺陷深度占比统计得知，缺陷主要存在于焊缝层间与根部，近表面缺陷虽占比最小，但依旧有接近20%占比；根据缺陷点位分布占比统计得知，在0点位与6点位接头部位产生缺陷的占比高达60%，焊缝腰部附近产生的缺陷占比40%。

2焊缝缺陷的原因分析与预防措施

2.1裂纹

结合山区陡坡段现场施工情况，产生裂纹缺陷的主要原因有熔铜裂纹与应力裂纹。产生熔铜裂纹的主要原因：（1）焊丝用尽，发生电弧回烧，使得导电嘴熔化，造成焊缝金属铜污染。（2）送丝系统堵塞使得送丝不畅，发生电弧回烧，导致导电嘴熔化，造成焊缝金属铜污染。送丝系统堵塞包括送丝软管油泥过厚、送丝软管打结、送丝滚轮磨损、焊丝打结等。（3）导电嘴被飞溅物堵塞。（4）组合自动焊时，焊枪压得过低，使得焊丝扎入熔池中，发生瞬间短路，烧损导电嘴。（5）壁厚较大时，前几层填充焊时的导电嘴位于在坡口里面，不利于观察。起弧时，导电嘴未处于坡口正中间，摆动过程中与坡口壁相碰，发生瞬间短路，烧损导电嘴。（6）轨道的一侧安装在防腐层上，焊接小车行走不稳，在焊接过程中导电嘴与坡口壁相碰，发生瞬间短路，烧损导电嘴。（7）轨道安装有偏移或坡口上下尺寸有偏差，焊接过程中需频繁调整焊炬摆宽，操作失误使得导电嘴与坡口壁相碰，发生瞬间短路，烧损导电嘴。（8）起弧和收弧的焊接参数设置不合理，瞬间起弧或收弧电流过大，电弧回烧，使得导电嘴烧损。

预防措施：（1）注意焊丝盘的焊丝存量，将要用尽时应提前人工熄弧。（2）定期做好自动焊设备的保养、维修工作，尤其注意清理送丝软管、检查更换送丝滚轮等。（3）自动焊过程中注意理顺送丝管，避免送丝管存在小角度折弯、窝丝等。（4）注意检查焊丝盘的焊丝盘绕是否规整、有序，尤其是重新盘绕的焊丝；（5）从送丝滚轮送出的焊丝应顺滑，不能有打折、打结现象。（6）每次起弧前和收弧后均需观察、比对导电嘴的飞溅、磨损和烧损情况。如发现导电嘴有烧损，应检查相关焊道表面是否有铜污染。（7）自动焊过程中如发现导电嘴的出丝口附近有飞溅物附着，应停止焊接，清理或更换导电嘴。（8）自动焊过程中注意观察、控制合理焊炬高度，避免焊丝扎入熔池。如果是由于自动焊设备的自动跟踪引发的较为频繁的穿丝现象，应更换控制系统或设备。（9）起弧前，焊炬、焊丝末端应处于坡口正中间。（10）轨道安装、小车固定、钢管移动等过程中，应注意保证焊接小车行走的稳定性。（11）应保证轨道安装和坡口加工精度。对于需频繁调整摆动宽度的焊口，应注意操作手法，尤其是管顶、管底等不利于观察位置的焊接操作。

应力裂纹的主要原因：陡坡段施工，大角度组对可能造成管道应力集中，在完成根焊后，由于吊装设备泄压或者移位，导致焊缝存在局部应力集中，在进行下一道工序时，焊接过程中的高温会造成根部焊道强度降低，造成裂纹的产生。

预防措施：1、正在施焊的钢管应处于稳定的状态。2、使用外对口器时，应在根焊道均匀对称完成50%以上且单段焊道长度不小于100mm后撤离，对口吊具则应在根焊道全部完成后方可撤除。

2.2圆形缺陷

产生圆形缺陷的主要原因有：1、保护气体不纯，焊接过程中气体流量调整错误。2、焊丝受潮、生锈。3、防风措施不到位。4、施焊环境湿度大，坡口产生锈蚀。

预防措施：针对焊缝产生的圆形缺陷，主要是从保护气体、焊丝的防护及防风棚的密封性等方面进行入手预防。首先是对保护气体进行送检，使用前再次测量，确保气体各项参数符合焊接工艺规程要求；其次是针对所用的焊材做到专人管理，每日所用焊材从焊材库房领取；再次是对防风棚的密封性进行整改，对于密封不严的部位用软质材料进行加强密封，确保防风棚内的焊接环境风速满足施工要求；最后是在当前环境湿度较大的情况下，通过清理坡口铁锈、加热等方式，避免圆形缺陷产生。

2.3未熔合缺陷与埋藏型缺陷

针对焊缝产生的未熔合缺陷、埋藏型缺陷，分析由以下原因造成：

（1）焊接速度慢。由于焊接速度慢，电弧不能在上一层焊缝上燃烧，而是在熔池内的铁水上燃烧，焊丝熔化的铁水向前流淌，铺在上层焊缝上，这就造成了埋藏型缺欠。

（2）焊枪角度不正确。在焊枪角度不正确状态下焊接，熔池中铁水在电弧吹力作用下向前流淌，铺盖在电弧的前方，致使电弧不能在上一层焊缝上燃烧，造成层间未熔，并且随着管道倾斜角度的增大，铁水流淌更加严重，焊缝成型不良。

（3）焊接跟踪不准确。在焊接过程中，由于焊工观察位置、角度的变化，在电弧摆动中心和坡口焊缝中心不重合时，就会使电弧只能在坡口的一侧燃烧到位，在另一侧燃烧不到位，铁水只堆积在燃烧不到位的一侧，这样就产生了单侧未熔合。

（4）盖面焊接时摆宽调整不准确。在盖面过程中，由于焊工调整焊枪摆宽不及时，会造成排焊沟的形成。排焊沟过深，可造成近表面未熔合的产生。

（5）根焊过程由于焊工手法问题以及陡坡段管线倾斜角度大，会造成根部焊道铁水分布不均匀。当根焊焊层厚度过大时，导致保护气体无法有效保护根焊熔池，会造成根部气孔超标以及点状缺陷、线状缺陷的产生。

预防措施：针对以上5种原因，采用下列措施，可减少未熔合缺陷、埋藏型缺陷的产生。

（1）适当加快焊接速度，使焊接电弧在正常焊接状态的位置上燃烧。

（2）必须将焊枪调至正确的焊接角度，焊枪与管道的法线形成0-10度角。

（3）应保持相对固定的观察位置和角度进行焊接跟踪。

（4）适当增加焊枪在两端的停留时间。

（5）加强电焊工接头部位（主要为0点位、6点位）的坡口打磨培训，做到过渡圆滑，焊接过程中及时调整焊枪摆宽参数，避免后续施焊未熔合缺陷、埋藏型缺陷的频繁产生。

（6）加强盖面前填充层排焊焊接培训，尤其是6点位焊道，由于重力影响与焊接设备的特异性，盖面前6点位仰爬坡位置填充量较大，无坡口的情况下进行盖面焊枪追踪系统失效，极易造成近表面缺陷的产生。盖面焊工需在盖面前对焊道进行修磨，掌握修磨技巧，是避免近表面缺陷的关键。

（7）加强焊道的外观检查，尤其是6点位焊道，由于重力影响与焊接设备的特异性，极易造成6点位余高超高，对于盖面参数及时进行调整，防止盖面形成排焊沟，减小近表面缺陷的产生。

（8）加强根焊焊接管理，选择合适的气体保护流量，随时调整根焊焊接参数，焊工焊接过程中应时刻关注熔池变化，出现问题立即进行修补。

3结语

手工氩弧焊根焊+单枪自动焊热焊/填盖组合自动焊工艺，是目前长输管道施工攻克大角度、长陡坡的有效手段之一，找出焊接缺陷的形成原因，并制定出一套与之相对应的预防措施，能够有效提高组合自动焊焊接合格率。随着长输管道焊接技术要求的不断细化，人员、设备、焊前准备、过程管理需要做到更加完善，避免缺陷的反复出现，提高组合自动焊一次焊接合格率是提高功效减少成本的压仓石，也是项目正常运转的基础。

参考文献：

[1]隋永莉《中国长输油气管道工程现场焊接技术》中国石油学会2017；

[2]王建军《长输油气管道全位置自动焊接技术探索》炼油技术与工程2011。