长输天然气管道焊接裂纹成因及其控制措施

杨辉伟

摘要：天然气通过长距离天然气管道输送到成千上万的家庭。管道的整体质量在一定程度上关系到天然气运输的安全稳定。然而，由于不可控因素的影响，天然气管道在运行过程中容易出现各种问题，这就要求我们在管道焊接过程中做好各个施工环节的对接工作，提高管道焊接质量，确保管道运行的稳定性。基于此，本文就对长输天然气管道焊接裂纹成因及其控制策略进行了一个较为详细的概述。

关键词：长输天然气管道;焊接裂纹成因;控制措施

1长输天然气管道焊接裂纹的成因

1.1外部环境对焊接质量的影响

1.1.1流动性建设的影响

管道焊接过程中，工作场所不固定，经常因工作进度的影响而发生变化。因此，在焊接过程中增加了一定的难度。一方面，流动施工不利于工人管理和施工质量监控；另一方面，也给员工带来一定的工作压力，导致工作混乱，缺乏规范和秩序，极大地影响了工作秩序的稳定，极大地增加了安全隐患的发生概率。

1.1.2地形影响

由于长输管道受地形影响较大，在管道施工过程中经常面临场地布置等问题。这些问题的发生将对管道焊接和焊后热处理过程中的应力产生一系列影响。

1.2焊接裂纹的分类

焊接产生的裂纹按其性质可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。下面讨论这些分类。

1.2.1 热裂纹

顾名思义，热裂纹是由高温影响引起的。在焊接过程中，不同的焊接材料在应用过程中也有不同的差异，类型也呈现出多样化的特点。目前，该领域的热裂纹主要有晶体裂纹、液化裂纹和多边裂纹。具体内容如下。

首先是晶体裂纹，通常发生在碳钢和低合金钢的焊缝中。晶体裂纹的形成主要是由于收缩。特别是在固相线附近，液态金属含量大大降低，在应力的影响下，会导致晶间开裂，导致晶体开裂。为了解决这一问题，必须适当调整焊缝金属，以缩短脆性温度区的范围，并将焊接过程中杂质的产生降至最低。同时，还需要进一步处理晶粒，完善工艺流程，加强预热工艺的实施，以便在一定程度上控制线能量，提高接头的灵敏度和自由度，科学有效地控制结晶裂纹。

其次，从本质上讲，液化裂缝和结晶裂缝在近裂缝区存在一定的共同条件。裂纹是沿奥氏体晶界开裂引起的一种微裂纹。裂纹尺寸相对较小，在裂纹区或夹层附近的热影响区出现的概率较大。这种裂纹的形成通常是由焊接过程中的错误造成的。在焊接过程中，裂纹进入区的重量和焊缝层间的金属没有很好的区分，因此控制力很小，奥氏体晶界上的低熔点共晶成分在高温作用下熔化。在此过程中，它会受到拉应力的影响，然后沿奥氏体晶界开裂，从而形成液化裂纹。

最后，在高温的影响下，多边化裂纹的塑性将大大降低，从而导致裂纹。焊接过程中出现此类裂纹的概率相对较低。预防措施是在焊缝中加入钼、钨、钛等元素。这样可以进一步提高多边化活化能，从而减少裂纹的发生。

1.2.2再热裂纹

再热裂纹具有一定的特殊性。裂纹的主要特征是阶梯形。这种裂纹的主要原因是钢板中的杂质。同时，在焊接过程中有一定的难度，操作过程中不易发现问题。初期不存在裂纹，主要原因是沉淀强化元素的影响。在预热阶段的处理过程中，也会产生裂纹。再热裂纹多为焊接热影响区的过热粗晶，其发展趋势是沿熔合线奥氏体粗晶边界向外逐渐扩展。因此，针对再热裂纹问题，必须注意材料的选择和焊接工艺的改进。焊接过程对工人的要求更高，特别是在预热过程中，需要采取科学合理的措施。在此基础上，有必要进一步控制和清理金属冶炼过程中的杂质，优化接头设计，降低约束应变。

2长输天然气管道焊接裂纹形成控制措施

2.1 冷裂纹的控制措施

焊接过程中,焊条必不可少,结合工程的施工要求科学选择焊条,比如,如果管道焊接中对于氢含量等有严格的要求,就可以通过选用碱性焊条的方式来控制焊缝中的氢含量,从而实现对焊缝中塑性的控制,在一定的施工工艺要求下,保证焊接的整体质量。冷裂纹处理主要是从以下方面进行的:(1)焊接结束以后的热处理环节,相关人员要控制应力,避免应力集聚。(2)焊接结束后,要科学控制焊缝冷却的速度,做好相应的热处理,随后再进行冷却处理。(3)管道材质、焊条的选择上,要尽量减少其中的氢含量,从源头上加以控制。

2.2 对各焊接裂纹区控制

对于冷裂纹，主要需要从以下几个方面采取控制措施：（1）科学选择焊条，尽量选择氢含量较低的焊条，以提高天然气长输管道的塑性。（2） 在焊接处理中，应遵守标准化的使用，以避免因热处理不当而导致的应力累积。（3） 管道焊接前后应进行预热和缓冷，科学控制管道冷却时间。对于热裂纹，需要采取以下控制措施：（1）遵循标准施工工艺，科学控制管道的焊接顺序和工艺，使用一定量的碱性焊剂，使焊缝中的杂质含量在一定范围内。（2） 在焊接过程中，相关人员应提高焊缝的形状系数，以避免在焊接操作过程中形成裂纹。在管材选择方面，尽量选择磷、碳、硫含量符合工程要求的材料。（3） 为了降低热裂纹的发生概率，可尽可能选择温度敏感性较低的材料，然后在焊接过程中合理安排焊接工艺，并控制预热处理，避免焊接应力的发生。为了控制层状撕裂裂纹，必须注意金属熔炼过程中杂质含量的控制。

2.3优化焊条工艺参数

焊条参数控制是控制焊接裂纹的重要手段。具体来说，在选择焊条工艺参数时，应将焊缝能量大的焊条与焊接工艺等因素充分结合，使氢分子在焊接过程中可以任意扩散，从而延缓焊缝的冷却速度。另一方面，管道焊接质量与管道等级有着密切的关系。管道等级越高，焊接能量的承载能力越大。过热结构不易发生，在一定程度上可以保证焊接的整体质量。

2.4天然气长距离轨道焊接工艺优化

天然气长输管道焊接过程中，应结合工程要求，科学选择焊接工艺。在选择焊接工艺时，应充分考虑气候、环境等因素，焊接过程中应尽量减少对周围环境的不利影响。例如，对于风力较大的环境，需要在焊接过程中增加使用药芯焊丝，或使用半自动向下技术进行焊接操作，以使管道能够抵抗强风的侵入。在具体的焊接操作过程中，还需要增加焊接起点和终点的处理。一般情况下，焊接终端大多充满弧坑，而在开始时采用引弧技术，以确保整体焊接效果。在一定程度上，起点和终点的处理降低了裂纹发生的概率。

2.5 加强焊接管理

对于天然气长输管道焊接裂纹的控制，相关人员应具有极高的专业素质，并能在工程前期掌握裂纹产生的原因，以便在具体焊接过程中注意特殊环节的处理。焊接操作人员在焊接过程中应遵守有关规定，严格按照工艺的基本要求组织施工，避免焊接操作过程中的不当操作等行为，掌握焊接关键技术。此外，焊接操作人员应具有强烈的责任感，严格完成焊接过程中各个环节的焊接任务，使焊接满足其工艺要求，使管道发挥应有的作用。严格执行安全质量施工标准。施工单位应加强施工管理和人员培训，提高焊接作业人员的综合素质。

2.6其他保障措施

在长输管道的焊接作业过程中，应采取其他相关的保障措施来控制裂纹，具体包括以下几个方面：（1）焊接过程中，应使用纤维素焊条作为背衬焊条，其他覆盖焊条可使用碱性焊条，从而有效控制氢分子，避免因含量过多而引起的混淆。（2） 在焊缝的同一位置，焊缝修补的数量有限制，通常需要保持在两次以内。（3） 焊缝焊接宜采用连续焊接。焊接后应进行必要的消氢处理，以确保焊接的整体质量，避免裂纹造成的安全风险。

结束语

天然气管道是输送天然气的主要介质。我们应该采取有效措施提高管道的质量。在管道焊接过程中，应采取适当措施，解决不同焊接裂纹产生的原因，以避免管道出现裂纹，最大限度地保证管道运输的稳定性。

参考文献

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[3]浅谈长输管道焊接施工中裂纹的控制措施[J]. 赵广军.  山东工业技术. 2017(10)