管道焊接裂纹论文(一)
管道焊接缺陷分析和控制论文
长输管道施工常见焊接缺陷的分析和控制
1、 前言
由于今年来我国经济的迅猛发展，致使东西部能源供需矛盾日益突出，为解决此矛盾，随着钢管制造水平与焊接技术的提高，长输管道运输这种经济高效的长距离流体介质运输方式也得到了越来越充分的应用。近年西气东输、西部管道、兰郑长管道、西气东输二线等一系列大口径管道的陆续施工，标志着我国长输管道的第四次建设高峰已到来。
长输管道一般具有野外作业、焊接环境不稳定、非固定电源取电网取电、管道定位不准确、焊道内部成型难以观测等特点，固而对它出现的问题要进行分析研究，并采取相应措施予以解决。
2、长输管道施工各工业简介
大口径长输管道壁厚一般都在8mm，采用多层焊接，打底和填充盖面一般采用以下工艺：打底主要有手工焊、STT手工焊、全自动焊、内焊机多推头下向焊等；填充盖面主要有手工焊、半自动焊、全自动焊等。目前应用量广的就是纤维丝焊条下向焊打底加半自药芯焊丝自保护下向焊填充盖面工艺，我国大部分管道施工都使用此种工艺。
由于管径大，输送压力高，因此长输管道所用钢管一般都是高碳钢制作，钢级都在X60以上，西气东输二线更是全国第一次采用X80钢，均属于高强钢。管道焊缝一般也都是此种材质的。
焊材一般采用纤维素焊条、低氢焊条、药芯焊丝、实心焊丝加气保护等。
管道焊接对接形式一般用坡口，一般有V型、U型、复合型等，视钢管的壁厚等参数而定。
3、焊缝常见质量缺陷及成因
焊接缺陷的种类很多，不同标准也有不同分类方法。考虑到通俗易懂，便于与长输管道施工及检测方法紧密结合，本文只简单的将焊接质量缺陷分为焊接成型缺陷及微观组织缺陷两类。其中焊接成型缺陷指的是在管道焊口从组对到焊接完成后，可以通过内聚或一些其他无损检测方式观测到得焊缝内部的夹杂、未溶合、未焊透等不符合要求的存在。焊缝微观组织缺陷在管道施工中一般不进行检测，本文微观组织缺陷主要是由于施工中不遵守焊接工艺规程，不进行预热及热处理等原因造成的焊缝内部达不到理想要求的组织，同时造成焊缝力学性能下降。但此种组织在常规的射线无损检测中一般得不到底片影像显示。
本文主要讨论焊缝成型缺陷。常见焊缝缺陷有咬边、夹渣、未焊透、烧穿烧融、气孔、内凹、裂纹等缺陷。其中对管道使用寿命影响最大的就是未焊透和裂纹等开口性缺陷。
3.1咬边
咬边主要是由于在焊接过程中熔融金属未能盖住母材坡口，在焊道边缘留下的低于母材的缺口，浅矩的咬边可以不处理，但过聚的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响，产生应力集中，降低接头强度。
产生原因
（1）电流过大，电弧过长，电弧力不集中导致熔池熔融不到位。
（2）焊条或焊丝的倾斜角度不正确，出现偏吹等情况。
（3）手法不对，摆动不到位。
3.2夹渣
夹渣是指焊缝中存在熔渣，铁锈或其他物质。其在焊道的根部、层间均可能存在，是常见的就是层间夹渣。夹渣形状不同，大小不一，其中危害最大的就是最尖锐形的夹渣，影响焊道的韧性，尤其是在焊道受拉应力是产生严重的应力集中。
产生原因
（1）多层焊时焊丝、焊条等产生的熔渣没有清理干净，导致熔渣埋入焊道。
（2）焊接电流较小，熔渣不能充分融化浮出熔池。
（3）坡口太小，或上层焊道与坡口间形成了夹角，熔渣不能充分融化浮出熔池。
3.3未溶合及未焊透
未溶合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全溶化结合形成的缺陷，未焊透一般是指的根部未溶合，由于长输管道一般都是采用单面焊（除内焊机打底采取双面焊外），因此该类缺陷也是比较常见的，尤其是在电焊工施工经验不丰富的情况下。未焊透对焊道的危害很大，它使焊道的有效截面积减少，同时由于属于开口性缺陷，又能造成严重的应力集中；在焊道进行下沟作业或承压很高的情况时，如果未焊透深度很深，还可能出现焊道沿未焊透处撕裂现象。
产生原因
（1） 坡口加工不规范，角度太小，间隙不够，斜边太厚。
（2） 层间清理过度，造成坡口被打宽，形成沟槽等。
（3） 手法不稳，电流较小，使能量输入太小。
3.4烧穿烧融
烧穿是指在焊接过程中，由于种种原因导致熔池烧穿前层焊道金属，使溶化金属自坡口背面流出，造质孔制的缺陷，烧穿使焊缝有效截面积变小，在管道受内压的情况下也会造成应力集中。如果不做处理，在后层焊道中更容易出现烧穿，造成孔间越来越深。在仰焊部位，如果熔池将前层焊道金属加热至临界溶化状态，由于金属重力指向本层焊道，因此不会造成烧穿，而出现金属塌落现象。这种情况在射线底片上显示和烧穿影像差别不大，施工中一般称之为烧融。【管道焊接裂纹论文】
产生原因
（1） 电流过大，热输入太大：
（2） 停留时间过长，摆动太慢；
（3） 电弧太长，电弧力太大；
（4） 层间清理打磨过度，导致前层焊道厚度太薄；
3.5气孔【管道焊接裂纹论文】
气孔一般是由于熔池中的气体在溶化金属凝固时没有逸出所形成，其形式有条形气孔、富集气孔、球形气孔、柱形气孔等（在长输管道焊接中，还有一种缩孔缺陷，其在射线检测底片上影像与气孔比较类似，但缩孔的形成一般是由于溶化金属凝固时液相变固相过程中的体积差所造成，与气孔有本质的区别，在管道施工由于焊接工艺都比较成熟，故缩孔缺陷一般很少见，本文就不做讨论）。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔，面积很大的圆形气孔外，其他气孔的危害一般都比较小，甚至还有至裂倾向。
产生原因
（1） 焊材、坡口不清洁，有铁锈油污等，焊材受潮；【管道焊接裂纹论文】
（2） 电源电压不稳，电流不稳；
（3） 焊接速度太大；
（4） 保护方式不合适，如气保护焊时保护气流量过大或过小；
3.6内凹
内凹就是指焊道层部不饱满突出，向外焊道一侧凹进的缺陷。其与烧穿烧融一样，都属于焊道厚度薄与期望值的缺陷。长度一般要长于烧穿烧融，但产生原因有根本不同，内凹都是在焊道打底产生，而烧穿烧融都是在根焊完成后，后续焊道的破坏而造成，其对焊道有效截面积也起到了减薄的影响。
产生原因
（1） 对口间隙太大，破口太大，钝边太薄、根焊道太宽；
（2） 管道内部存在垂直焊缝的气流，如连死头时管道内“喷气”等。这是由于管道
内气体收温度影响膨胀，从焊道内喷出，影响焊接；
3.7裂纹
裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷。由于其均有延伸性，在焊接存在内应力的情况下裂纹会一直延伸扩展，直到焊道破坏为止，因此在长输管道的施工中，裂纹缺陷是不允许存在的，通常也不允许返修，必须割口重焊，裂纹的形式也比较多，在焊道及热影响区也都可能出现。按照裂纹的产生原因将裂纹分为热裂纹（包括结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹）、冷裂纹（包括延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹）、再热裂纹、层状撕裂、应力展迫裂纹等。由于管道施工时各种焊接工艺都是经过严格的工艺评定。母材都是经过严格检查，一般不存在由于工艺、材料原因导致裂纹的情况，在管道施工中裂纹产生基本是由于工艺规程执行不到位、外部应力太大等情况造成，因此本文主要讨论容易由以上原因造成的结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹。
3.7.1结晶裂纹
结晶裂纹是比较常见的一种热裂纹，一般是在焊缝凝固过程中所形成。结晶裂纹只存在于焊缝中，多呈纵向或弧形分布在焊缝中心及两侧，其主要产生原因是由于焊缝凝固时的先后时间顺序及组织成分不同，熔池先结晶的部分纯度较高，后结晶的部分杂质和合金元素较多。导致最后结晶的部分饱和点低，这些液相物质分散在晶粒表面，在最后凝固时由于冷却收缩的拉应力作用，就是在晶粒边界产生的裂纹，由于焊接冷却都是从破口边向中心开始凝固，因此结晶裂纹都在焊缝中心级两侧产生。最常见的结晶裂纹就是弧坑裂纹，一般焊接时把弧坑填满，多增加熔融金属就可以解决。
由此可见，结晶裂纹产生原因主要是由于熔池中的杂质太多，冷却速度过快（速度快容易造成结晶成分的偏析）、外界应力太大所造成，管道施工中焊材、母材都是经过严格检查，排除材料不合格因素外，熔池中的杂质太多一般都是因不按规程多次返修造成，不预热，强行组对也是造成冷却速度快和应力大的因素。
3.7.2液化裂纹
液化裂纹的形成机理基本和结晶裂纹相同，都是存在晶间熔融相或共晶，在液态变固态是由于冷却收缩在晶粒边界产生了裂纹，但是液化裂纹一般是在多层焊时，母材二次或多次受热后，晶间层溶化重新熔化后形成的。因此在母材的坡口返修及前层焊道的存在偏析处量容易出现液化裂纹，在管道焊接中，无损检测底片显示裂纹出现在焊道层间，则通常都是这种情况。
3.7.3延迟裂纹
延迟裂纹在管道施工中是最常见的裂纹。它属于冷裂纹的一种，一般在焊后几小时甚至几天后才开始出现，并随着时间的推移逐渐增多和加长。延迟裂纹的产生原因主要决定于母材的淬硬倾向、焊接连头承受的应力以及焊缝中的氢含量，以下简述其产生因素。
（1） 组织因素：母材的淬硬倾向于组织晶粒越大，延迟裂纹产生倾向也越大。由于晶
粒粗大，相变温度降低，使晶界偏析严重，增大了冷却倾向。同时淬硬组织里晶格缺陷多，进一步导致了冷裂纹的产生。
（2） 应力因素：焊接连头承受的应力主要包括焊接时产生的内应力及焊缝外加拘束应
力。焊接时热影响区金属膨胀，冷却时收缩所产生的体积差导致了热应力的产生，并且在焊缝相变时也存在一定的相变应力，当存在不预热、预热不均匀、线速度及热输入不稳等情况时。这种现象局部更严重。在管道施工中，只要严格按照焊接工艺规程施工，以上两种情况产生的应力均可以控制在一个可以接受的范围，当在两个管口角度相差较大而组对的情况下，拘束应力一般是产生冷裂纹的重要原因。
（3） 氢含量因素：在高强钢的焊接中，氢是导致冷裂纹产生的重要因素，焊接时由于
电弧温度很高，使焊材、空气、坡口的赃物等其中含有的水分分解，形成氢原子或离子进入焊缝熔池中，当熔池焊道冷却后，未来得及逸出的氢便以饱和态留在了焊缝中。由于过饱和的氢很不稳定，因此会自发的向周围和大气中扩散，氢的扩撒速度与焊接冷却速度、焊缝组织情况及应力方向有关，通常在以下原因的共同作用下，氢一般是在焊缝的溶合线附近特别是应力集中的部位聚集，当达到一定的临界值时，就会诱发延迟裂纹产生。
综上所述，避免延迟裂纹的产生主要从减缓焊缝冷却速度，改善焊缝组织和减小焊接应力三方面进行控制。
常用的措施有：
（1） 选用抗裂性好的钢材制做钢管，合理选择焊接材料及烘干，严格按照焊接工艺
施工来确保焊缝的组织结构、塑性和韧性；
（2） 严格按照工艺要求进行预热，冬季施工时应采取保温措施，必要时可进行预热
处理或焊后加热；
（3） 严格控制组对应力，尽量不使用外对口进行强制组对。尤其是在管道进行述死
头时，既不可以采用千斤顶、吊管机提、挖掘机下压等来调节对口间隙的强力
管道焊接裂纹论文(二)
浅谈管道焊接质量控制技术论文
浅谈管道焊接质量控制技术
姜玉刚 山西潞安工程有限公司 山西省长治市 046204
摘要：结合山西省长治工业园区地下管网工程供水管道施工，介绍了管道焊接质量控制技术，只有严格按控制技术进行质量控制，才能达到焊接质量的可靠性和使用性要求。
关键词 供水管道 焊接质量 质量管理
该项目地下管网负责各装置内供水任务，采用地下暗埋方式进行敷设，因此管道焊接质量至关重要。如果管口焊接质量控制不好，一旦发生漏水现象，一者不容易发现查找，维修需要大量破坏厂区路面；二者会造成厂内停水停产，经济和社会影响代价较大。因此为保证质量，我们提前着手，制定和摸索出一套行之有效的质量控制技术。简单介绍如下：
一、焊前预控措施
1、施工方案
施工前，我们根据工程实际情况，建立组织机构、质量和安全管理体系，明确责任；首先进行质量危险源、安全危险源辨识，并在施工方案中有针对性编制相应的控制措施。
认真编审《检验试验计划》，方案中明确焊材验收、焊工报验为关键质量控制点，由业主、监理和施工承包商共同参加质量检查、检测并见证；管道吊装后检查、焊后质量检查为质量停检控制点。未经业主或监理专业人员见证、检查通过，不得进行下道工序施工。从而明确施工工序和相关责任，便于进行施工程序控制和责任落实。
2、焊工控制
焊工必须持证上岗，焊工资格证必须报验后方可进场。重点检查焊工是否具有安全监督管理部门颁发的资格证件，同时检查该焊工职业技能证件是否涵盖了管道焊接范围。特别强调的是，焊工必须两证齐全有效方可进场。
进场焊工要建立焊工档案，档案要记清焊工技术状况和产品施焊质量。并对其进行安全教育和技能培训，提高工人安全意识和质量责任意识，以及适应本工程焊接技能。培训合格后焊工进行知识和实际操作技能两项考试，监理单位全程监督，考试合格方可正式作业。
3、焊材、设备控制
在现场须建立焊材二级库，专人管理，建立焊材进场验收制度、保管发放回收制度，焊材烘焙管理制度。放置焊材的库房应干燥，宜采用自控远红外焊条烘干炉，烘干炉的规格要满足日常焊条使用量要求。焊条烘培按说明书规定进行，焊条应放在保温筒内使用，外露超过2h应重新烘培。
焊接设备有设备员管理，保持安全可靠，运作良好。电焊机要在空载下启动，禁止带病作业或超载使用，电流，电压等仪表必须按规定校准。
二、施焊控制
1、焊接工艺评定
焊接前，必须按相应的程序进行焊接工艺评定，评定必须涵盖该工程所有焊
接管道、施工环境、施焊工艺。
工艺评定必须由本工程的焊工进行，使用现用的设备，按相应标准进行工艺评定焊接，并认真记录焊接工艺、电流、电压、焊接速度等数据。
焊后须进行外观检查，并进行抗拉强度、弯曲性能、冲击性能检测等物理性能检查，以及射线探伤无损检测。检测合格方可形成正式的工艺评定文件。 工艺评定文件经报审完毕后，方可出具焊接工艺卡，形成焊接工艺施工指导文件。由技术负责人对焊接管理人员、焊工进行技术安全交底后，方可进行正式焊接施工。
2、施焊条件
焊前应对焊接环境进行检查，如有易燃易爆物品应清除后方可作业，如遇到大风大雨天气，应禁止施焊。焊接过程中要搭设防风防雨棚，防止天气突然变化对管道质量造成损害。
3、施焊管理
焊接过程中，要加强焊接过程中的自检、质量员专检、监理验收复检工作，保证焊接工程质量。重点检查管道的管口尺寸、焊缝外观质量，焊缝余高、宽度差、咬边与母材的过渡等情况，防止形成质量隐患，如果发现不合格情况，要立刻制止并处理，
焊接连接在放样划线的基础上按矫正管材、切割下料、坡口、组对、焊接、清理焊渣等工序进行施工。
管道的切割坡口一般采用氧-乙炔焰气割，气割完成后，用锉刀清除干净管口氧化铁，用磨光机将影响焊接质量的凹凸不平处削磨平整；小直径管道尽量采用砂轮切割机和手提式电动切管机切割，然后用磨光机进行管口坡口。坡口要做到光滑、平整，坡口两侧20mm范围内油污，铁锈和水份去除干净，且露出金属光泽，坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷。并在焊接前清除坡口内外两侧污物。 焊前管口组对采用专用的组对工具，以确保管子的平直度和对口平齐度。管道对接焊口的组对必须做到内壁齐平，内壁错边量不可超标；管子组对点固，应由焊接同管子的焊工进行。
焊接中注意引弧和收弧质量，收弧处确保弧坑填满，防止弧坑火口裂纹，多层焊做到层间接头错开。每条焊缝尽可能做到一次焊完，因帮被迫中断时，及时采取防裂措施，确认无裂纹后方可继续施焊。
管道上的对接焊口必须避免与支、吊架重合。管道上的仪表取源部件的开孔和焊接应在管道安装前进行。
焊缝表面的焊渣清理干净后，进行外观质量检查，看是否有气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷。如存在缺陷必须及时进行返修，并作好返修记录。
焊缝外观检查合格后，在距焊缝20—30mm处打上焊工钢印，焊接过程中应做好管口编码、管口除锈、坡口处理、管道焊接工艺检查等相关记录，报监理单位验收。
焊接完成后，要采取有效措施，防止管口在余温前接触雨水、冰雪等，造成降温速度快而产生残余应力或裂纹。
三、焊后控制
1、焊后验收
焊后要及时进行外观检查，外观检查率100%，检查是否存在裂纹、气孔、弧坑及夹渣等缺陷，焊渣是否清理干净。这是压力管道焊接质量保证的第一关。 焊缝外观检查后要及时进行射线探伤无损检测，无损检测比例要符合设计和
相关验收规范要求。检测公司和检测人员相关证件和检测资质范围必须符合相关要求。
最后，应注意的是，焊后验收的顺序是外观检查—返修—射线探伤—返修/返工—射线探伤—耐压试验。
5、管道试压
管道试压包括管道强度试验和管道严密性试验两个内容，管道试压必须编审专门方案，安全措施和技术安全交底必须到位。试压前，要全程检查管道固定、临时盲板焊接情况后方可进行。
系统注水过程中组织人员认真检查，对发现的问题及时处理。系统试压时，压力应缓慢上升，如发现问题，立即泄压，不得带压修理。
管道系统试压合格后，及时排除管内积水，适时拆除盲板、堵头等，按施工图恢复系统，并及时填写《管道系统试压记录》。
管道投入使用前必须进行冲洗，冲洗之前做好各种准备工作，如先将管道上安装的流量孔板、滤网、温度计、调节阀等拆除，待冲洗合格后再装上。
冲冼应以系统最大设计流量和或不小于1.5m/s流速进行管路的冲冼。根据实际情况，可将系统设备进出口阀门关闭，采用干净自来水对管网进行灌水直至系统灌满水为止，开启系统最低处的阀门，进行排污。反复多次，直至排出水中不带泥沙、铁屑等杂质，且出水口的水色和透明度与进水目测一致方为合格。 管道系统无脏物排出后，再次注入自来水，将管网灌满水，然后开启循环水泵，使水在管网中循环多次后关闭水泵，将系统内水排净，对系统内的水过滤器进行清洗，清洗完后按设计要求进行消毒。
四、缺陷控制
气孔是焊接熔池凝固时没有及时析出而残留在焊缝中形成的空穴。预防措施
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