压力管道焊接缺陷成因及对策分析

摘 要 作为特种设备，压力管道的安全性应得到高度重视。其承载介质往往有毒有害、易燃易爆，工作环境高温高压，若发生泄漏，后果极其严重。焊接是连接压力管道的主要手段，焊缝是压力管道的薄弱环节，焊接缺陷会导致压力管道在使用过程中出现泄漏等问题。因此，对焊接缺陷产生原因进行分析，制定对策，具有重要意义。

关键词 安全隐患；焊接缺陷；对策分析

我国国内的管道运输已拥有了空前的发展进度，作为五大交通运输业的其中一种运输手段，对工业生产具有关键作用。在使用过程中，压力管道工作环境复杂，常常伴随高温高压，介质有毒有害，管壁受到腐蚀，若焊接质量不高，就会导致事故的发生。在压力管道安装过程中，须严格遵守工艺程序，安装完成后应按照相关规定进行监督检验。

1 压力管道焊接缺陷

1.1 焊缝的不连续性缺陷

焊缝的不连续性缺陷包括未熔合、未焊透、咬边、夹渣、气孔等缺陷。焊接坡口设计过于狭小、焊接参数过小、焊工操作不合格等原因都会造成未熔合、未焊透；焊接电流太大、焊速过快会引起焊缝咬边，咬边是焊缝应力的集中处，这些应力集中处的应力有可能超过材料的屈服极限，造成使用过程中的变形、断裂；焊接时的冶金反应产物，如焊渣等，若在焊缝凝固前未能上浮逸出，或者上一层焊缝的焊渣未清理干净就焊接下一层，就会产生夹渣，这也是产生应力集中的地方；气孔的产生原因是焊接过程中外界侵入的气体或焊条药皮产生的气体进入熔池，在熔池凝固之前未能完全逸出，而在焊缝内部或表面形成孔洞。

1.2 焊接裂纹缺陷

焊接结构所出现的各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上的问题之外，绝大多数是由裂纹而引起的脆性破坏。压力管道焊接中，裂纹有时候出现在焊接过程中，如热裂纹，包括结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹，其中结晶裂纹最为普遍，主要产生在含杂质（如硫、磷）较多的碳钢、低合金钢焊缝中。裂纹有时也出现在管道运行过程中，即所谓延迟裂纹，如再热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹[1]。

2 压力管道焊接缺陷的对策

2.1 焊接材料的选用

为降低裂纹倾向，在设计之初应该根据管道的运行工况选用合适合格的母材，严格控制母材的硫、磷、氢等有害元素的含量，焊接之前应将坡口及两侧15mm内的油漆、铁锈、油污打磨干净；对于焊接材料，必须注意在采购、验收、保管、选用等环节按规定进行，焊材应与母材相匹配，且严格控制有害元素含量，存放在干燥、通风的环境中，使用前需要烘干的焊條应严格按要求进行烘干，否则易在焊接过程中产生气孔。

对于结晶裂纹，可以采用碱性焊条或焊剂，并向焊缝中加入细化晶粒元素，如Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al、稀土等，可有效控制结晶裂纹的产生；某些含有一定沉淀强化元素的金属材料具有产生再热裂纹的敏感性，焊接时除必要的工艺控制外，可以通过选用低匹配的焊接材料来提高抗再热裂纹的能力；对于冷裂纹，应选用低氢焊接材料，并注意烘干；压力管道输送介质往往具有腐蚀性，虽然母材的抗腐蚀性很强，单如果焊接材料选择不当，在应力的作用下，会在焊缝处形成应力腐蚀裂纹，一般来讲，焊缝的化学成分和组织应尽可能地与母材一致[2]。

2.2 焊接工艺控制

相关技术、施工人员需认真、科学地履行施工工艺的流程以及对焊接工艺的检测，严格按照焊接工艺卡的参数以及焊接操作条件，如焊接的层数、焊接速度、极性、电压、电流以及电流的类型、焊接顺序以及焊接的位置角度等。严格按照焊接工艺卡进行焊接施工，基本上可以解决焊缝的不连续性缺陷，同时施工人员的技能水平也是决定焊接质量的重要因素。

适当的增加焊接热输入和提高预热温度，可以降低结晶裂纹倾向，但是又会使近缝区金属过热，因此还应该从接头形式和焊接顺序考虑，使大多数焊缝在拘束应力较小条件下焊接；降低焊接热输入可以降低再热裂纹产生倾向，尤其在后热时，一些材料产生再热裂纹存在一个最敏感温度区间，应避开；钢种的淬硬倾向、接头氢含量以及接头所受拘束应力状态是产生冷裂纹的三大主要因素，在选用合适的焊接材料之外，需针对不同的钢种选用最佳的焊接热输入、预热、后热参数，采用多层焊也可改善冷裂纹倾向；对于应力腐蚀开裂，要防止焊接热影响区硬化和晶粒粗大，还要通过对焊接顺序、坡口形式的控制，降低残余应力和应力集中。

2.3 焊接设备的影响

焊接设备应与焊接方法相适应。不同的焊接方法选用合适的焊接电源，且焊接电源应具有良好的动特性与稳定性，保证焊接过程的稳定进行，减小飞溅等；使用送丝机时，应确保送丝机送丝稳定，从而保证焊接参数的稳定；焊枪应保证良好的气体保护效果，导电嘴导电可靠；选用合格的焊接保护气体[3]。

在许多压力管道的事故中，往往是由于施工粗糙、未按已制定的工艺规程执行、管理制度不严，造成预热后热不合适、焊接质量不达标（未焊透、咬边、夹渣、气孔、裂纹等）、装配错边较大、强制组对导致应力过大等，引起焊缝失效。压力管道的焊接工艺需从人员、设备、焊接材料、焊接方法工艺、焊接环境五个方面进行控制，任一环节失控，都会影响到焊接质量。焊接结束后应按照相关标准规定对焊缝进行监督检验，对于有问题的焊缝要有完善的返工补修方案，确保管道的安全运行。

参考文献

[1] 陈坡.基于最大载荷的在用含未焊透缺陷压力管道安全性分析[D].杭州：浙江大学，2010：11.

[2] 田双，张转连.在用工业管道焊接缺陷的识别和自身高度的测量[J].管道技术与设备，2012，（2）：35-36，59.

[3] 岳明彦.浅谈工业管道安装过程中的焊接缺陷及对策[J].价值工程，2012，31（6）：21-21.

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