B型套筒修复长输油气管道隐患过程中焊接缺陷及防止措施

B型套筒修复长输油气管道隐患过程中焊接缺陷及防止措施

韩生和

国家管网集团联合管道有限责任公司西部兰州输气分公司  甘肃 兰州 730060

摘要：本文分析了B型套筒修复长输油气管道隐患过程中，常见焊接缺陷产生的原因，并结合自己工作实践经验，指出了常见焊接缺陷防止措施,为长输油气管道加装B型套筒焊接作业质量提升提供参考。

关键词：B型套筒；长输油气管道；焊接缺陷；防止措施

B型套筒修复作为一种油气管道永久性修复措施，具有开挖量小、对工艺运行影响小、无需停输放空及氮气置换等优点，应用越来越广泛。国内长输油气管道加装B型套筒大多数采用手工电弧焊焊接方式，由于主客观因素的影响，最容易引起焊接缺陷。本文结合采用材质Q345R的B型套筒修复X65材质主管隐患为例，采用大西洋CHE507RH多层多道手工上向焊接。通过对焊接B型套筒过程中产生的焊接缺陷进行系统的总结分析。总结的主要缺陷为焊脚尺寸不符合、烧穿烧融、咬边、气孔、夹渣、裂纹六种类型，并提出防止焊接缺陷的具体措施，以提高B型套筒施工中的焊接质量。

1焊脚尺寸不符合

焊脚尺寸不足或过大主要出现在套筒与主管角焊缝处。焊脚尺寸不足会导致母材与焊缝熔合不良，引起应力集中，降低焊缝强度；还可能出现裂纹等缺陷。焊脚尺寸过大会造成近焊缝区的金属过热，焊缝收缩时将产生较大的焊接残余应力和残余变形；降低冲击韧性；同时浪费焊接材料材料，增加生产成本。

分析原因主要有几个方面：①操作不熟练；②焊接电流过大或过小；③焊件坡口不正确；④未严格执行焊接工艺规程要求。

其控制措施主要有：①清除多余的焊缝金属，不得过分损伤母材，修磨至与母材圆滑过渡；②修补焊接前.先将待焊区域清理干净；③修补焊接时焊条直径要小，一般用直径3.2mm；④选择合适的焊接规范，严格执行焊接工艺规程中焊脚高度的要求。既套筒的厚度小于或等于管壁厚度的1.4倍时，角焊缝的焊脚高度和宽度应等于护板宽度；套筒的护板厚度大于管壁厚度的1.4倍时，应把套筒的外表面磨成坡度为1：1的斜面，且角焊缝的焊脚高度和宽度应等于管壁厚度的1.4倍，以保证焊脚尺寸达标。

2烧穿烧融

在B型套筒焊接过程中，一方面是打底过程中将套筒纵向对接缝垫板烧穿，电弧伤到管道本体母材，造成管道内介质泄露。另一方面是焊接套筒与主管道角焊缝预堆层时，将管道本体烧穿形成穿孔性缺陷，发生管道内介质泄露，造成人员伤害和财产损失。

产生原因：①主管道壁厚和压力不满足施焊要求、焊接电流太大、焊接速度太慢、长时间在一个部位停留；②套筒的纵向对接焊缝垫板厚度太薄、环焊缝管道腐蚀减薄严重、过度打磨导致焊道变薄；③焊条操作不正常。             

烧穿防止措施：①焊接前应使用超声波测厚仪均布测量焊接位置的管道剩余壁厚，管道在役焊接位置的最小剩余壁厚不应小于3.2mm，且输气管道在役焊接位置的最小剩余壁厚应不小于4.8mm。②套筒的纵向对接焊缝时，宜在对接焊缝下装配低碳钢垫板，以防止焊接到管道上，垫板的长度应与套筒或对开三通的护板长度相同或略长，宽度为对接焊缝宽度的2倍—3倍，焊道应主要位于套筒的护板上，位于垫板上的焊道不应超过2mm宽，否则易烧穿垫板；③管道在役焊接时，管道允许带压施焊的压力满足GB/T 36701-2018附录A的相关规定；④严格执行B型套筒焊接工艺规程焊接参数要求。

3咬边

咬边是在焊接过程中母材坡口未能被熔敷金属完全覆盖，在焊道边缘留下的低于母材的缺口。短且浅的咬边通常不会产生太大的影响，可以不作处理。但咬边过长过深会对焊道力学性能产生严重的影响。咬边会减少焊缝的有效截面积，导致应力集中，使得焊缝强度大幅度降低；另外咬边的边缘产生淬硬组织，易发展成裂纹源。

原因主要有：①焊接工艺参数选择不当，焊接电流太大、电弧过长、电弧力不集中导致熔池熔敷不到位；②焊条倾斜角度出现偏差、管道或者焊道区域有磁，出现偏吹现象；③操作手法不稳，焊条摆动不到位，焊接次序不合理；④焊道区域清理不干净彻底。

咬边防止措施：①B型套筒焊接过程中，矫正操作姿势,选用合理的焊接规范,采用稳定的运条方式都会有利于消除咬边；②焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边；③施工中发现咬边问题，就要在焊接完成后进行打磨处理。

4气孔

气孔是指焊接过程中,熔池金属凝固速度大于气体逸出速度时,便会在焊缝中形成了一个个空穴。气孔减少了焊缝的有效截面积,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素，氢气孔还可能促成冷裂纹。

原因主要有：①焊接前工件坡口区域的油、锈、氧化皮未清除干净；②焊条未按照求烘干，焊条烘干温度过高或过低，焊条药皮开裂、脱落、变质；③焊接过程中线能量过小,熔池冷却速度大；④焊缝金属脱氧不足会增加氧气孔；⑤施工现场防风措施不到位，施焊环境湿度大，电弧过长、使熔池失去了保护；⑥碱性焊条极性不对，焊条偏心或磁偏吹，运条手法不稳等。

气孔防止措施：①焊接前清除焊接区域的油污、铁锈、水分和杂物；②焊条按说明书要求严格烘干，焊条使用时放在100-150℃的保温桶内，随用随取，严禁焊条暴露在外，以防焊条受潮；③焊接前将套筒和管道预热至60℃以上，外界风速≥5m/s，气温≤5℃时应采取防风保温措施，降低焊缝冷却速度；④焊接过程中熔池直径不应超过焊条直径的3倍，不要将熔渣拖离熔池；⑤碱性焊条、采用直流反接并短弧施焊，运条角度要适当，操作应熟练。

5夹渣

夹渣是指焊后未熔化的焊条药皮硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝中称为夹渣。一般分布在焊道根部或层间，常见的缺陷就是层间夹渣。夹渣会减少焊缝有效截面积，降低接头强度、冲击韧性；带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中,尖端还会发展为裂纹源,危害较大。

夹渣的主要原因：①B型套筒纵向对接缝坡口太小或上层焊道与坡口间形成了夹角，打底焊清根不彻底，使根部焊道两侧沟槽过深，在热焊时，流到深槽的熔渣不能充分融化完全溢出；②坡口边缘有污物，多层多道焊接时层间清渣不彻底；③焊接线能量小，焊接速度过快、熔敷金属不能完全摊开，铁水流动性差，熔渣来不及浮出熔池表面；④焊条摆动不良,形成了熔渣熔池不能充分搅拌，熔渣和铁水分离不清，阻碍了熔渣上浮。

夹渣防止措施：①认真清理坡口和根部、层间的熔渣；②根据焊接位置在焊接工规程艺参数范围内正确选择焊接参数，坡口角度不能太小，填充金属不能太厚；③严格执行焊接工艺规程，采用正确的运条手法，有利于熔渣上浮。

6裂纹

焊缝中原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。按照裂纹发生的时间可划分为冷裂纹与热裂纹两种。裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷，在内应力的作用下裂纹会一直延伸扩展，直至焊道脆性破坏。所以，在油气管道的施工中，裂纹缺陷是不允许存在的，通常也不允许返修，必须割口重焊。

6.1冷裂纹

冷裂纹主要原因：①母材的粹硬倾向、母材的淬硬倾向与组织晶粒越大，冷的产生倾向也就越大，由于晶粒粗大，相变温度降低，使晶界偏析现象严重，增大了冷裂纹倾向。产生于热影响区,也有发生在焊缝区的；②焊缝中氢含量、氢是导致冷裂纹产生的重要因素。焊接时焊材受潮、未按要求烘干、坡口有铁锈、污物等，焊接时其中含有的水分分解，形成氢原子或离子进入焊缝熔池中；③应力因素，焊接接头承受的应力主要包括焊接时产生的内应力及焊缝外加的力。一方面是焊接过程中，焊缝金属填充未达到50%，过早松开或撤离B型套筒对口链条，使熔池中的铁水未凝固好，在焊接收弧处用以产生裂纹。另一方面是B型套筒安装强力组对的情况下产生外部应力，会导致产生冷裂纹。

冷裂纹防止措施：①采用碱性焊条,严格烘干,在100~150℃下保存,随取随用；②采用预热，并保证层间温度不小于预热温度，焊后及时进行消氢热处；③选择正确的焊接规范,避免焊缝中出现淬硬组织；④严格控制组对应力，尽量不使用外对口器进行强制组对，选用合理的焊接顺序,减少焊接变形和焊接应力。

6.2热裂纹

热裂纹主要原因：①由于熔池中合金元素和杂质的影响、碳元素以及硫、磷等杂质太多；②不预热冷却速度过快；③焊接应力使金属受拉,当拉应力达到一定程度时,就会出现热裂纹。 

热裂纹防止措施：①用含碳量较低的焊材，减小硫、磷等有害元素的含量；

②合理选用焊接规范,冬季施工时应采取保温措施，将B型套筒焊口预热到60℃以上并保温,减小冷却速度；③套筒与输送管之间的间隙不应太大，应使用夹具进行合理装配，焊接过程中严禁松开B型套筒对口器，角焊缝采用对称焊接以减小焊接应力。

7结束语
以上是对近几年参加B型套筒焊接过程中出现的各种常见焊接缺陷分析总结，在实际焊接过程中，只要采取正确的方法和措施，加强B型套筒焊接技术创新，将大大的避免出现各种焊接缺陷，提高焊接质量，确保能源生命线的安全。

参考文献：

[1]孙锐.管道施工常见焊接缺陷及其控制措施分析[J].当代化工研究，2018（11）：80-81.