石化管道焊接裂纹的控制方法

摘 要：石化基础设施建设中管道焊接占很重要的地位。本文分析了石化管道焊接裂纹的产生原因及措施。

关键词：石化管道；焊接裂纹；原因；措施

我国既是石油生产大国也是消耗大国，石油资源的产业链中多采用管道进行输送，它的重要性不容忽视。但在管道的焊接工艺中容易出现裂纹，这些裂纹的存在将会为石化介质的输送埋下安全隐患，因此，对裂纹的形成原因及防控措施的研究具有十分重要的意义。

1 焊接裂纹概述

焊接裂纹是焊接件中最常见的一种严重缺陷。在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。

2 裂纹产生的机理

①含氢量的影响。导致接头产生冷裂纹的氢主要是扩散氢。当焊缝中扩散氢含量的增加，冷裂纹率也随着增加；②淬硬作用。具有淬硬倾向的钢种淬硬倾向越大，则接头中出现马氏体的可能性越大，产生裂纹率也越高。当材料一定时，随冷却速度的不同接头组织将相应改变。冷却速度越高，马氏体含量越高导致裂纹率急剧上升。在焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使其晶粒严重长大，快速冷却时，转变为粗大的马氏体，性能将更为脆硬；③拘束应力。焊接接头拘束应力包括接头在焊接过程中因加热不均匀所承受的热应力、相变应力、结构自身几何因素所决定的内应力。如果当扩散氢含量增加时，即使马氏体扩散或拘束应力较小也有可能开裂。当材料的碳含量较高而在接头中形成较多的针状马氏体，即使扩散氢很少甚至没有，也会产生裂纹。

3 减少裂纹产生的控制措施

3.1 减少氢源措施

焊缝中的氢主要来源于母材和焊接材料，母材和焊丝中的铁锈、油污等在焊接高温下产生氢，扩散到焊缝中去，因此可以通过以下措施减少氢源。①选用合格的低氢型焊条，检查进场焊材材料质量证明文件，确保焊接材料合格；②焊条使用前应按焊条说明书进行烘烤，并有烘烤记录；③焊丝使用前，必须清除锈斑和污油并露出金属光泽；④组对前应将坡口及其内外表面不少于20mm范围内的油污、氧化皮、锈等清除干净，并用砂轮打磨直至露出金属光泽。

3.2 降低淬硬倾向影响的措施

由于一些钢材具有淬硬倾向性，焊接性较差，容易出现裂纹，致使其焊接工艺比较复杂，通过有效的控制焊接工艺才能防止或降低裂纹出现的机率。

①焊前检查：焊接前应对加工后坡口及内外表面20mm范围内进行表面检查，必要时进行磁粉或渗透检测，以确保坡口表面不得有夹杂、裂纹、分层等缺陷；②焊前预热：预热可以改变焊接过程的循环，遏制或减少淬硬组织的形成，减少焊接残余应力，使氢易于从焊接接头中扩散出来，从而降低延迟裂纹倾向，是防止钢材焊接接头产生延迟裂纹和再热裂纹的有效措施之一。a预热升温应缓慢而均匀，防止局部过热，火焰加热采用数字触点式温度计，检测预热温度测点应均匀分布。电加热预热温度的测量用热处理设备上的热电偶测量；b预热范围应以对口中心线为基准，两侧各不小于3倍壁厚，且大于等于50mm；③焊接技术要求：a钢接头焊接时，当达到预热温度并持续5min后应立即进行底层焊道的焊接且应一次连续焊完；b焊接底层焊道时应封住管口，以免管子内形成穿堂风，影响焊接质量；c底层焊道焊完后，应立即进行下一层的焊接且应连续焊完，如中断焊接应立即进行300-350℃时间不少于30min的后热处理，然后保温缓冷，中断后继续施焊应重新预热；d多層焊接时道间温度应等于或略高于预热温度，否则应予以加热。

3.3 消除焊口焊接应力的措施

钢材焊口的焊后热处理是指对焊口进行高温回火，利用金属高温下强度的降低，而把弹性应变转变成塑性应变，以达到消除焊接残余应力的目的，同时改善金属组织，提高接头的综合力学性能。①焊后应立即进行热处理，热处理采用电加热方法，在热处理过程中应能准确地控制加热温度且使焊件温度分布均匀；②热处理的加热范围以焊缝为中心，两侧各不小于焊缝宽度的三倍（且不小于25mm），加热区以外的100mm范围内应予以保温；③温度控制准确，热处理过程中恒温温度偏差不应超过±25℃，且不超过热处理温度范围，测温元件采用热电偶并用自动记录仪记录热处理曲线，测温点设在加热区且不少于1点；④焊后热处理应按规范要求参数严格的控制升温、恒温和降温过程；⑤热处理后100%硬度检测，硬度值超过规定，应加倍检查，并查明原因，对不合格的焊口重新进行热处理并做硬度检测。

3.4 加强裂纹的检测工作

工艺管道焊口热处理后要按照设计要求进行RT无损检测，焊口的无损检测必须在焊口热处理完成且焊口焊接完成24小时后进行。要从检测人员管理、检测工艺、检测时机、点口覆盖性、返修、扩探及随机抽检等方面加强质量控制，确保无损检测的质量符合要求。同时，要有专门的无损检测人员对RT底片进行100%复审，对可疑底片进行进一步确认或进行复测。

随着我国社会经济的不断发展，石化工业作为我国的支柱产业也在迅速发展。另外，石化管道的焊接质量直接关系到石油管道输送的稳定和安全，并且影响到了我国石化企业的经营水平。所以要对管道焊接的质量进行严格的控制，从而保证我国的石化企业顺利的发展。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]杨行敬.提高石化管道焊接裂纹的途径[J].石油工程建设，2014.

[3]包海平.石化管道焊接裂纹防控措施[J].广东科技，2015.

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