长输天然气管道焊接裂纹成因及其控制分析

长输天然气管道焊接裂纹成因及其控制分析

余道丞 [1] 高盼 [2]

山东实华天然气有限公司 [1] ， 山东青岛 266001

中国石化青岛液化天然气有限责任公司^[2]， 山东青岛 266400

摘要：随着我国经济的发展和科学技术的不断进步，能源的使用量逐渐增加。因此，天然气开发规模也在不断扩大。通过长距离输送，天然气也通过管道输送到用户家中和工厂，极大地提高了人们的生活水平和生活质量，因此在实际生产中需要保证天然气管道输送的安全稳定。焊接质量对管道的安全至关重要。一旦出现裂缝等现象，将严重影响管道输送的安全。在当前社会发展过程中，天然气已成为我国主要的能源来源。因此，在管道焊接过程中，要严格防止裂缝的发生，减少天然气的泄漏，从而提高管道焊接质量，保证正常生产安全。

关键词：天然气长输管道；焊接裂纹；形成原因；控制分析

1天然气长输管道的焊接类型

材料是影响天然气长输管道施工安全的重要因素，管道焊接可分为直缝钢管、热管轧制无缝钢管、螺旋缝钢管等几种类型。然而，目前无缝钢管在我国的应用较为频繁。在这种管道的应用中，螺旋缝技术管道主要用于天然气长距离输送。但在具体应用中，必须在国家相关标准的指导下科学使用。但由于材料的特殊性，即使在这种情况下，管道也会产生腐蚀等问题。在实际过程中，一旦温度频繁变化，焊接处就会出现裂纹，影响其正常使用。

2天然气长输管道焊接裂纹产生的原因

2.1冷裂纹产生的原因。

天然气长输管道焊接裂纹的类型多种多样，冷裂纹就是其中之一。冷裂纹主要出现在多层焊接处，多层焊接对管道的温度要求较高，如果不能很好地控制管道的温度变化，会对管道造成一定程度的损伤。管道焊接时，容易影响焊接接头的位置。在硬化组织的作用下，管材的性能会发生一定的变化。管道内的氢分子将集中在管道受损部分。经过一段反应时间后，会导致损坏的管道出现冷裂纹。冷裂纹可分为穿晶裂纹、沿晶裂纹、混合裂纹等几种类型。

2.2热裂原因。

在天然气管道的焊接过程中，在高温的影响下，如果焊缝金属在凝固过程中温度过高，容易出现热裂纹。产生热裂纹的原因是：焊接时管道受热不均匀，或在冷却条件下凝固时拉应力超过标准范围，使结晶中出现杂质。这主要体现在结晶期和凝固期。先结晶的金属纯度较高，后结晶的金属纯度较低。由于纯度较低，杂质含量较多。当晶体中杂质含量积累到一定程度时，就会出现“晶界薄膜”，在表层形成一个薄弱区，产生热裂纹。

2.3再热裂纹和层状撕裂裂纹的产生原因。

管道焊接后，在高温等外界因素的影响下，可能出现再热裂纹。再热裂纹与高温应力松弛有关，当然也与管道材料有关，如果管线钢和焊缝中的合金元素超过一定标准，管道应力就会过高，在高温的影响下，就会形成再热裂纹。天然气管道在输送天然气的过程中，或多或少会有杂质存在，且管道中的杂质呈层状状态，因此在焊接管道时会产生一定的应力，这部分应力作用在管道的垂直方向上，逐渐形成台阶状裂纹。

2.4天然气长输管道焊接再热裂纹。天然气长输管道焊接后经常出现再热裂纹。在高温作用下，这种裂纹通常存在于熔合线附近的粗晶区。裂纹的主要起裂点在焊接接头表面的焊趾处，热影响区由粗晶区向细晶区发展。管道中的热裂纹具有明显的交叉和锯齿形，在合金碳化物和高温应力的作用下，会出现再热裂纹。再热裂纹发生后，由于焊缝中合金元素和钢材的影响，再热裂纹的敏感性增加。

3控制天然气长输管道焊接裂纹形成的措施

3.1分别控制焊接裂纹。

首先，在采取预防措施时，可以把冷裂纹的形成条件作为主要依据。在提高管道塑性的过程中，可以利用碱性电极实现管道中氢分子含量的连续降低。注意一定要严格按照相关规范和标准来实现应力分散程度和焊后热处理的不断加强，在此基础上，冷却速度才能不断降低。在对管道进行实际焊接之前，需要充分预热。焊接完成后缓慢冷却，是保证焊接材料干燥不被破坏的主要途径。在焊接过程中，必须确保接头中没有杂质。焊接工作结束后，应实现氢分子的有效消除。其次，在控制热裂纹的过程中，可以从以下几个方面着手。在焊接工序中使用碱性焊剂对降低焊缝金属中的杂质含量具有重要意义。为了真正避免中心线裂纹的产生，必须提高焊缝成形系数，控制管道中各种化学元素的含量。采用低温敏材料还可以降低预热温度和焊接应力。

3.2焊接工艺参数优化。

为避免天然气长输管道焊接裂纹的形成，在完成焊接工艺评定的前提下，制定标准化的焊接工艺，系统、全面地考虑影响焊接裂纹形成的因素，可在焊接前充分准备，对管道坡口部位进行净化处理，科学分组进行焊接，选择符合焊接要求的焊接材料，确定熔深、宽度等参数，防止裂纹产生晶体结构和焊接应力。

3.3天然气长输钢轨焊接工艺优化。

我们需要在充分考虑焊接气候环境的基础上，对长输天然气管道焊接工艺实现不断优化。特别是在不同的外部环境影响下，所采用的焊接工艺各不相同，避免了环境对焊接质量的影响和破坏。例如，在大风的自然环境中焊接时，必须不断加强药芯焊丝的应用。另外，在提高管道抗风性的过程中，可以采用管道半自动下焊技术。在应用焊接技术时，必须考虑焊接起点和终点的质量。采用反弧技术可以降低焊接裂纹的发生概率。

3.4加强焊接管理。

在天然气长输管道焊接管理中，应尽量避免焊接裂纹的影响因素，对焊接人员进行有效管理，未取得焊接资格证书不得进行焊接作业。符合焊接条件的人员还应掌握焊接设备，明确焊接过程中的重点，提高焊接人员的职业道德，在进行管道、管件焊接时，应明确焊接操作的具体要求，确保焊接质量管道接口质量达到标准要求。

3.5其他保障措施。

在长输管道的焊接作业中，裂纹的控制还需要其他相关的保障措施。具体来说，主要包括以下几个方面：（1）在焊接过程中，背衬焊条应尽量采用纤维素，对于其他焊条，可采用碱性焊条有效控制氢分子，避免因含量过多而造成的混淆。（2） 同一焊缝位置有补焊次数限制，补焊次数应控制在两次以内。（3） 连续焊是焊接焊缝的最佳方法，焊后还需进行消氢处理，以保证焊接的整体质量，避免裂纹引起的安全隐患。

4结论

综上所述，在天然气输送过程中，可以看出管道质量对天然气输送效率的重要性。在天然气管道施工过程中，要严格防止裂缝的发生，一旦发现裂缝，就必须找出其形成的原因，并采取优化控制措施，提高管道焊接质量，这不仅可以保证天然气管道的正常运行，同时也可以保证居民用气的安全。通过长距离输送，天然气也通过管道输送到用户家中和工厂，极大地提高了人们的生活水平和生活质量，因此在实际生产中需要保证天然气管道输送的安全稳定。焊接质量对管道的安全至关重要。一旦出现裂缝等现象，将严重影响管道输送的安全。在焊接过程中，有必要通过合理的工艺措施有效地避免这一现象的发生，从而分析产生裂纹的原因并控制对策，从而保证天然气管道的稳定运行。

参考文献

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