田 坤，羅 鵬，張福強(qiáng)，王 進(jìn)

中國石油天然氣管道局有限公司，河北 廊坊

1.引言

沙特阿拉伯哈拉德–哈維亞天然氣管道項(xiàng)目是沙特阿美公司哈拉德油田新規(guī)劃建設(shè)的一項(xiàng)重點(diǎn)工程。項(xiàng)目主要包括主線路施工約302 km，10 座站場、3座閥室。安裝施工中需焊縫大量特殊接頭形式的“角焊縫”，該項(xiàng)目承插焊口的工程量為不銹鋼4170道，合金鋼3034道，碳鋼1964道?？刂坪贸胁搴缚谫|(zhì)量，對整個(gè)項(xiàng)目的焊接質(zhì)量管控具有重要意義。

2.承插焊接接頭性能分析

2.1.承插接頭性能分析

承插焊管件連接的焊縫形式為部分焊透的角焊縫，考慮到工藝流程系統(tǒng)熱工情況，管道與承插管件間的熱脹冷縮靠管道與管件端頭預(yù)留的承插間隙(1.5mm)進(jìn)行緩沖。相對位移造成作用在角焊縫和管壁連接位置的徑向剪切力非常大，如果焊縫填充金屬過少容易產(chǎn)生撕裂[1][2]。

對接焊管件連接的焊縫形式為全焊透的焊縫，對接接頭傳力效率高，應(yīng)力集中小，容易焊透，具有較好的綜合性能[3]，對接接頭工作應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力集中產(chǎn)生在焊趾處，磨平余高，沒有應(yīng)力集中，可提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

2.2.焊接工藝分析

承插焊接都是1in 以下管和管件焊接，全部采用氬弧焊GTAW 進(jìn)行焊接。承插管接頭管徑小，焊接效率較低，組對相對復(fù)雜，為保證焊口的承插端部間隙，要在管子上做標(biāo)記后再進(jìn)行組對，目測不到間隙尺寸。對接接頭組對時(shí)只要保證組對間隙，組對完成可目測到對口間隙尺寸。

3.焊接質(zhì)量分析

承插焊容易出現(xiàn)未熔合、氣孔、焊接熱裂紋等缺陷，導(dǎo)致對口間隙不符合規(guī)范。

3.1.未熔合

未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合(包括層間未熔合)、焊縫根部未熔合。按其成分不同,可分為白色未熔合(純氣隙、不含夾渣)和黑色未熔合(含夾渣)。

未熔合產(chǎn)生的原因包括：①焊接規(guī)范不合適，導(dǎo)致電流過小或電弧過長、坡口角度過小、間隙過窄或鈍邊過大。②操作方法不當(dāng)。如運(yùn)弧速度不均勻，焊絲填充量過大，使得層間沒有完全熔合。③焊絲和焊道清理不凈，存有雜物，影響熔合。

3.2.氣孔

氣孔是承插焊接中常出現(xiàn)的焊接缺陷，它存在于焊縫金屬內(nèi)部或表面，其缺陷形態(tài)為圓形氣孔、柱狀氣孔和圓形密集氣孔，氣孔會降低焊接接頭的承載能力，導(dǎo)致局部腐蝕穿孔概率增加。

氣孔產(chǎn)生的原因包括：①表面油污等沒清理干凈。②風(fēng)速過大，導(dǎo)致保護(hù)氣保護(hù)不好。③ 氬氣不純，氬氣里混合了別的氣體，導(dǎo)致焊接時(shí)無法產(chǎn)生最佳的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡。

3.3.焊接熱裂紋

熱裂紋主要出現(xiàn)在含雜質(zhì)較多的焊縫中(特別是含S、P 較多的碳鋼焊縫中)和單相奧氏體或某些合金焊縫中，有時(shí)也產(chǎn)生于熱影響區(qū)中。

熱裂紋產(chǎn)生的原因包括：① 焊接熱脆性是由于S、Pb、P 或低熔點(diǎn)共晶體混入，形成的晶間薄膜引起高溫下的嚴(yán)重脆變，低熔點(diǎn)夾雜物從表面沿晶間滲透造成焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋。②焊接坡口及兩側(cè)的污物清理不干凈，油污中的硫常引起鎳基合金焊縫產(chǎn)生熱裂紋。③縫表面過高或凹凸不平引起的應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。④沒有填滿弧坑和電流衰減時(shí)間較短，收弧處出現(xiàn)弧坑，在相變應(yīng)力和拘束應(yīng)力的作用下產(chǎn)生收弧處微裂紋。⑤ 焊接電流過大，焊接速度較慢，導(dǎo)致線能量過大，層間溫度過高使焊接接頭過熱產(chǎn)生粗大晶粒，粗大晶粒邊界上集中了一些強(qiáng)度低脆性大的低熔點(diǎn)共晶體，在焊接應(yīng)力的作用下易形成熱裂紋。

3.4.對口間隙

焊接間隙是焊接件對口處兩個(gè)焊件之間的間隙。承插焊的承口有補(bǔ)強(qiáng)的作用，高壓下也多有使用。但承插焊焊后應(yīng)力狀況不好，易發(fā)生焊接未焊透情況，組對時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制對口間隙(1.5mm)。管系內(nèi)部留有縫隙，因此用于縫隙腐蝕敏感介質(zhì)的管道體系及潔凈要求很高的管道體系不宜用承插焊。對于超高壓管道，即使小口徑的管道壁厚也很大，應(yīng)盡量避免承插焊。

對口間隙產(chǎn)生的原因包括：①沒有按工藝要求組對。②標(biāo)識線畫的不精確或線畫的太粗。

4.控制措施

4.1.未熔合的控制

遵守焊接工藝規(guī)程要求，選擇合適的焊接工藝參數(shù)，焊接第1道時(shí)不用填絲自熔，承插管件之間沒有間隙，焊接時(shí)被焊處熔化形成漲力，使得2 個(gè)焊件通過自身金屬熔為一體形成焊道，電弧的高溫能使

承插組件焊道熔深達(dá)到2~3mm。焊接第2道填充焊絲(焊出標(biāo)準(zhǔn)要求焊腳高度為3~4mm)，焊接時(shí)電弧要壓低，運(yùn)弧填絲要均勻，管件上停留時(shí)間略長些。

4.2.氣孔的控制

焊接前管口清理工作要徹底，坡口及兩側(cè)(20~30mm 范圍內(nèi))的焊件表面附著雜物清理干凈；焊槍氬氣流量不宜過大，合金鋼充氬量要大于不銹鋼2~5L/min，使焊縫內(nèi)表面處于氬氣的完全保護(hù)之中；做好防風(fēng)措施，減少風(fēng)對焊接過程的影響。

4.3.熱裂紋的控制

選用S、P 含量較低的焊接材料(不銹鋼ER316L，合金鋼ERNiCrMo-3)，防止熔敷金屬中低熔點(diǎn)夾雜物產(chǎn)生；被焊處及其兩側(cè)的污物、氧化層必須清理干凈，防止S、Pb、P 或低熔點(diǎn)雜質(zhì)混入熔敷金屬；填滿弧坑，調(diào)整氬弧焊衰減時(shí)間；選擇較小的線能量和較低的層間溫度，防止焊縫過熱及熱影響區(qū)過熱產(chǎn)生熱裂紋；焊縫表面要均勻平整，防止過高或凹凸不平應(yīng)力集中，焊道平整圓滑過渡，焊縫成型美觀。

4.4.對口間隙的控制

承插焊組對時(shí)對口間隙難以控制，管件和管的短接都是標(biāo)準(zhǔn)尺寸，間隙過小過大都會影響安裝尺寸要求和場站整體工藝管線安裝美觀。選用1.5mm 厚的水溶墊片作為間隙調(diào)節(jié)，水溶墊片是用糯米粉加工壓制而成，遇水即化。將水溶墊片墊在管件和管的中間，使所有對口間隙保持一致，水溶墊片在焊接過程中會燒損一部分，剩余的水壓強(qiáng)度試驗(yàn)也會被水融化掉。

5.結(jié)語

在沙特哈拉德項(xiàng)目場站工程中，承插接頭形式被廣泛采用。承建的7個(gè)站中不銹鋼承插焊口共3476道，已完成2867道；合金鋼承插焊口共2358道，已完成1001道；碳鋼承插焊口共298道，已完成145道。在已完成的承插焊口中進(jìn)行了10%RT 檢測和100%PT 檢測，不銹鋼RT 檢測一次合格率為99.3%，合金鋼RT 檢測一次合格率為96%，碳鋼RT 檢測一次合格率為100%。可以看出，通過采取有效的控制措施，合格率高，效果好。