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

严方玉 王佳

国家管网集团建设项目管理分公司中俄东线江苏工程项目部，河北 廊坊 065000

摘要：天然气在使用过程中，受外界因素影响，会出现一定的问题，管道作为运输天然气的主要介质，我们要最大程度上保障管道运行的稳定性，提高管道焊接质量。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；裂纹成因；控制对策

1、长输天然气管道焊接类型

管道材料是影响长距离天然气施工安全的重要因素。因此，结合管道材料的不同，管道焊接可分为直缝钢管、热轧无缝钢管、螺旋缝钢管等类型。然而，就我国目前的情况来看，无缝钢管的应用更为频繁。在这类管道的应用中，无缝钢管技术主要用于长距离天然气。但在具体应用中，管道必须按照国家相关规定科学使用。然而，由于管道材料的特殊性，即使在这种情况下，管道在使用过程中仍会受到腐蚀。在实际加工过程中，一旦温度频繁变化，焊缝处就会出现裂纹，影响其正常使用。

2、长输天然气管道焊接裂纹的成因

2.1、冷裂纹

长输天然气管道焊接裂纹类型较为多样化，冷裂纹就是其中一种，冷裂纹主要出现在多层焊接的位置，多层焊接对管道温度的要求比较高，如果没有控制好管道的温度变化，管道就会出现一定程度上的损坏。在管道焊接的时候，焊接接头的部位容易受到影响，在淬硬组织的作用下，管道性能会发生一定的变化，管道内部的氢分子会集中到管道受损处，经过一段反应时间后，会在管道受损处形成冷裂纹。冷裂纹可以分为好几种，有穿晶型冷裂纹、晶间型冷裂纹、混合性冷裂纹等，这些裂纹对管道运行稳定性的影响比较大。

2.2、热裂纹

天然气管道在焊接过程中，在高温的影响下，焊缝金属在凝固期间，如果管道温度过高，就容易出现热裂纹，从本质上来说，热裂纹属于晶间断裂。热裂纹的形成原因为：管道焊接过程中，管道受热不均匀，或者在冷却状态下，凝固期间的拉应力超出了标准范围，使得结晶出现一定的杂质。这主要体现在结晶凝固的时间段，先结晶的金属具有较高的纯度，而后结晶的金属其纯度比较低，因为纯度低，所以杂质含量比较多，当结晶杂质含量积累到一定程度，就会出现“晶界薄膜”，在表层形成一个薄弱地带，然后生成热裂纹。

2.3、再热裂纹

管道焊接完成后，受外界因素影响，比如高温因素，管道可能会出现再热裂纹，再热裂纹的出现与高温应力松弛有一定的关系，当然，与管道材质也有一定的联系，如果管道钢材和焊缝中的合金元素超过了一定标准，管道应力就会过大，在高温影响下，就会形成再热裂纹。另一方面，由于钢等材料的特殊性，钢和焊缝中含有一定量的合金元素，也会受到焊接残余力等因素的影响。在这种情况下，再热裂纹也会发生。长输天然气管道钢板中存在层状夹杂物，焊接时出现应力会使管道形成阶梯裂纹。

2.4、层状撕裂裂纹

然气管道在运输天然气的过程中，或多或少都会存在一些杂质，而管道中的杂质呈一个分层的状态，所以在对管道焊接的时候，会产生一定的应力，这部分应力作用于管道垂直方向，逐渐形成阶梯状裂纹。

3、长输天然气管道焊接裂纹的控制对策

3.1、冷裂纹的控制措施

冷裂纹一般是在管道低温状态下才会产生，一般出现在管道焊缝位置，针对于冷裂纹的形成特点，我们在对冷裂纹采取控制措施的时候，要注意每个操作环节。焊接过程中一定要选择合适的焊条，可以利用碱性的焊条减低管道焊缝处的氢含量，氢含量的减少，可以有效提高管道结构的稳定性。还有就是要规范焊接工艺程序，落实每个焊接工作，具体应表现为：在管道焊接完成后，我们才能进行热处理工作，有效控制管道应力的变化范围，防止管道应力过于集中；管道焊接完成后，我们需要降低管道冷却速度，做好管道前期预热工作；在管道焊接过程中，有效控制氢气含量，规避冷裂纹的出现。

3.2、热裂纹的控制措施

针对于热裂纹的控制，我们首先要做好焊接材料质量的检验工作，确保材料质量符合焊接标准，焊接材质中应避免含有硫等物质。采取合适的措施降低天然气管道中的钢材的含碳量，钢材中的含碳量过高，会影响管道整体的稳定性。焊接过程中，需控制好管道焊缝数量，可以适当增加天然气管道的焊缝形状系数。

3.3、再热裂纹和层状撕裂裂纹的控制措施

再热裂纹的出现主要是因为高温因素影响，所以我们可以选择合适的管道，保证管道材料具有较高的抗热性，能够抵御一定的高温。合理控制管道焊接过程中的应力变化，在此基础上，做好对管道初始阶段的控制工作。针对于层状撕裂裂纹的控制，我们要严格监督管道焊接的每一个环节，保证管道焊接的质量，采用合适的措施控制管道焊接中的杂物含量，避免管道因为杂物的出现而导致裂缝的产生。

3.4、优选焊条的工艺参数

焊条参数的控制是控制焊接裂纹的重要手段。具体来说，在焊条工艺参数的选择上，应充分结合焊接工艺等因素，选择焊接热输入较大的焊条，使其在焊接过程中能够使用氢分子。在随机扩散中，达到延迟焊缝冷却速度的目的。另一方面，管材的焊接质量与管材的材质等级密切相关。管材等级越高，焊接能量公差越大，组织过热的可能性越小。在一定程度上可以保证焊接的整体质量。

3.5、加强焊接管理

在对长距离天然气管道焊接裂纹的控制中，相关人员应具备极高的专业素质，并能在工程前期就掌握产生裂纹的原因，从而在具体的焊接过程中注意特殊的环节。焊接操作人员在焊接过程中要遵守有关规定，严格按照工艺的基本要求组织施工，避免焊接操作中出现不当操作等行为，并对焊接关键技术掌握到位。此外，焊接操作人员必须有强烈的责任心，在焊接过程中严格完成焊接操作任务的各个环节，使焊接能够满足其工艺要求，管道能够发挥其应有的作用。严格执行安全质量施工标准，施工单位必须加强施工管理和人员培训，提高焊接操作人员的整体素质。

3.6、优化长输天然气轨道焊接技术

需要在充分考虑焊接气候环境的基础上，实现长输天然气管道焊接工艺的不断优化。特别是在不同的外部环境影响下，所采用的技术也是不同的，可以从根本上避免环境对焊接质量造成的影响和破坏。例如，在强风自然环境下焊接时，必须不断加强药芯焊丝的应用。另外，在提高管道抗风能力的过程中，可以采用半自动下行技术对管道进行焊接。焊接起点和终点的质量是焊接技术应用过程中必须充分考虑的内容。采用后退引弧技术可以减少焊接裂纹的发生。

3.7、其他保障措施

长输管道焊接作业时，需要采取其他相关的保障措施来控制裂纹。具体来说，主要包括以下几个方面：(1)在焊接过程中，底电极应尽量使用纤维素电极。对于有其他覆盖表面的电极，碱性电极可以有效控制氢分子，避免因含量过多而造成的混淆。(2)在焊缝的同一位置，修补焊缝的数量是有限制的。一般情况下，需要将修补焊缝数量保持在2个以内。(3)在焊缝处最好采用连续焊接。焊接完成后，需要进行必要的除氢处理，以保证焊接的整体质量，避免裂纹发生造成的安全隐患。

结束语

总而言之，天然气管道是运输天然气的主要介质，我们要采取有效的措施提高管道质量，在管道焊接过程中，针对于不同的焊接裂纹成因我们要采取合适的措施进行解决，避免管道出现裂纹，最大程度上保证管道运输的稳定性。

参考文献：

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