王 曦，王新安，王 珂，汪 瑾

(1.陜西燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，陜西西安 710016；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安 710077；3.陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，陜西西安 710048)

0 引言

環(huán)焊縫作為長(zhǎng)輸管道的薄弱環(huán)節(jié)，因施工缺陷或附加應(yīng)力等因素出現(xiàn)失效所導(dǎo)致的泄漏事故，在長(zhǎng)輸管道各類泄漏事故占較大比例[1-8]。某天然氣公司管線設(shè)計(jì)壓力8.0 MPa，管徑914 mm，鋼管材質(zhì)X70。發(fā)生泄漏時(shí)管道運(yùn)行壓力4 MPa左右，開挖后泄漏管段泄漏點(diǎn)位于環(huán)焊縫6點(diǎn)鐘左右位置，可視裂紋長(zhǎng)約80 mm。

本文采用宏觀分析、電鏡掃描、金相分析[9-12]等方法，對(duì)該處泄漏管段樣品進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定其泄漏的原因，為同類天然氣管道運(yùn)營(yíng)提供參考。

1 斷口分析

1.1 宏觀分析

泄漏處為直管段與彎頭連接處環(huán)焊縫，直管段管道規(guī)格為Φ914×12.7 mm，彎頭規(guī)格Φ914×16 mm，其內(nèi)表面裂紋長(zhǎng)于外表面，外表面裂紋中心位于兩半周焊的對(duì)接處，存在明顯成型不良現(xiàn)象，裂紋中心一側(cè)沿焊趾處開裂，另一側(cè)沿焊縫擴(kuò)展；泄漏處內(nèi)表面根焊寬度不均勻，且高度低于母材，存在補(bǔ)焊痕跡，裂紋長(zhǎng)度與補(bǔ)焊痕跡長(zhǎng)度基本相同；無(wú)明顯錯(cuò)邊現(xiàn)象(圖1)。去除表面腐蝕物后，根焊處斷口為灰黑色，斷面中心顏色較淺，有明顯人字花樣匯聚。

(a)內(nèi)表面形貌

1.2 金相分析

采用MEF4M型金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)，對(duì)環(huán)焊縫泄漏裂紋斷口取3處金相試樣進(jìn)行剖面分析(其中斷口1、2位于裂紋同位置兩側(cè)，斷口3位于裂紋中心處)，斷口形貌見圖2、圖3?？梢钥闯?，斷口1、斷口2和斷口3根焊處較平齊，且均發(fā)現(xiàn)脫碳層，寬度約200 μm，其余部位斷面可見多處裂紋。試樣根焊、熱焊、填充焊和蓋面焊高度分別為3、1.3、1.7、6.8 mm，與所要求的焊接和返修焊接中1層根焊、1層熱焊、4～5層填充焊和1層蓋面焊的工藝不符。

(a)斷口1根焊?jìng)?cè)

(a)根焊?jìng)?cè)

1.3 電鏡掃描分析

采用TESCAN-VEGAⅡ型掃描電子顯微鏡對(duì)斷口1試樣進(jìn)行微觀分析。圖4為環(huán)焊縫斷口低倍形貌，可見環(huán)焊縫開裂起源于根焊部位。圖5為斷口1處根焊、中心和外壁在電子顯微鏡高倍下的形貌，可以看出，斷面中心呈現(xiàn)大量河流花樣解理臺(tái)階，具有明顯脆性斷裂特征，且根焊脫碳層區(qū)域存在大量二次裂紋。

圖4 斷口1低倍形貌

(a)根焊處(脫碳層)

2 性能測(cè)試

2.1 硬度試驗(yàn)

采用KB 30BVZ-FA維氏硬度計(jì)對(duì)鋼管母材和環(huán)焊縫進(jìn)行硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。可以看出，試塊硬度結(jié)果滿足GB/T 9711—2017低于35 HRC(345 HV10)要求，硬度正常。

表1 維氏硬度試驗(yàn)結(jié)果 HV10

2.2 夏比沖擊試驗(yàn)

采用PSW750型沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)管段母材、環(huán)焊縫試樣進(jìn)行夏比沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度選擇GB/T 9711—2017要求的0 ℃。試樣采用55 mm×10 mm×10 mm的夏比沖擊試樣。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示(結(jié)果已換算成全尺寸)。試驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)焊縫11點(diǎn)位置處一件試樣的沖擊性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(≥38 J)，其余均滿足GB/T 9711—2017的要求。

表2 環(huán)焊縫夏比沖擊性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，可以得出，該試樣管段環(huán)焊縫宏觀分析存在明顯成型不良現(xiàn)象，內(nèi)外表面根焊寬度不均勻，且高度低于母材，存在補(bǔ)焊痕跡，裂紋長(zhǎng)度與補(bǔ)焊痕跡長(zhǎng)度基本相同；泄漏裂紋斷口樣品均發(fā)現(xiàn)脫碳層，應(yīng)受補(bǔ)焊時(shí)二次加熱溫度過(guò)高所致，樣品實(shí)際焊接情況與規(guī)定的焊接工藝不符；對(duì)斷口試樣進(jìn)行電鏡微觀分析，發(fā)現(xiàn)斷面中心呈現(xiàn)大量河流花樣的解理臺(tái)階，具有明顯脆性斷裂特征；除個(gè)別測(cè)試樣品夏比沖擊試驗(yàn)不滿足要求外，其他的樣品沖擊性能及硬度均能滿足規(guī)范要求。

(2)對(duì)建設(shè)期間的管道，應(yīng)做好焊接過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)核查和質(zhì)量驗(yàn)收，焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制錯(cuò)邊量、避免強(qiáng)力組對(duì)、調(diào)整不良地質(zhì)條件下的連頭位置，尤其對(duì)返修、環(huán)焊縫焊接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施“雙百檢測(cè)”，保證管道焊接質(zhì)量；對(duì)運(yùn)行期間的管道，應(yīng)建立環(huán)焊縫日常檢測(cè)、評(píng)價(jià)和修復(fù)工作程序，充分利用數(shù)字化管道技術(shù)，對(duì)管道重點(diǎn)部位、重點(diǎn)位置進(jìn)行編碼和監(jiān)測(cè)，對(duì)管道長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的環(huán)焊縫問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，杜絕因環(huán)焊縫失效導(dǎo)致的各類事故發(fā)生。