為了研究長輸管道施工中部分對接焊口焊接裂紋產生的原因,從管道母材的化學成分、機械性能及管端宏觀尺寸的偏差情況,焊材化學成分及性能的符合性、施工工藝的執行情況進行了分析,根據分析情況采取了針對的對策,并進行實踐驗證。結果表明:直縫埋弧焊鋼管母材管端的局部直徑和圓度偏差造成焊口錯邊,施工的強力組對使焊口產生較大的組對應力,又因工裝選擇不合理,致使焊縫根部焊量少、強度不足,最終產生局部焊接裂紋。

長輸管道一般使用L415M作為首選鋼級。在算山首站管道安裝工程施工中,發現部分直管與彎頭的對接焊縫熱影響區產生裂紋,由于返修影響了施工進度,本文對L415M長輸管道對接焊縫焊接裂紋的原因進行分析并提出改進措施。

1基本情況

該段管道長度1177m,設計壓力9.5MPa、設計溫度65℃,射線檢測比例100%。管線材質為L415M,規格Φ457×12.7mm,項目施工標準為GB50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》,項目使用主材制造標準。

項目于2016年7月11日開始施工,至9月25日完成97道焊縫的焊接,射線檢測62道共計496張底片,發現了3張底片影像為裂紋,從焊口號為106G的射線底片影像分析裂紋都為打底層熔合區。

2裂紋分析

2.1母材分析

底片影像為裂紋的共涉及5個爐批號,對1個爐批號為15214505D管材進行化學成分復驗,見表2。技術要求為GB/T9711-2011壁厚T≤25mm,PSL2,檢驗依據GB/T4336-2016。

爐批號15214505D管材力學性能和沖擊性能數據,見表3。技術要求為GB/T9711-2011T≤25mm,PSL2,檢驗依據GB/T228.1-2010、GB/T232-2010、GB/T229-2007。Rt0?5為塑性變形0.5%時的強度。沖擊試驗溫度為-20℃。

2.2母材管端尺寸分析

按GB/T9711-2011T≤25mm,PSL2供貨技術要求對5個爐批號管端尺寸進行測量,發現管端直徑存在偏差,最大值達到5mm,最大值幾乎都出現在457×12.7mm不銹鋼管縱焊縫部位,管端尺寸測量值見表4。t為母材厚度。

按SY/T5257-2012標準排查無縫熱煨彎彎頭的管端尺寸數據。管端外徑偏差最大值為1mm,滿足標準要求。

實際組對時,457×12.7mm不銹鋼管與彎頭組對單邊外徑最大錯邊量局部達到5mm,超出了GB50369-2014施工標準規定的局部最大3mm的限值。

2.3焊接工藝分析

此項目采用手工下向焊工藝,焊前需對焊接區域周邊100mm范圍預熱至80~120℃,在實際施焊過程中進行了嚴格監控,符合要求。具體施焊工藝參數。

2.4焊材分析

焊材采用進口纖維素型焊條,對所用E7010-P1Φ4.0mm和E6010Φ3.2mm焊材的力學性能、沖擊性能和化學成分進行檢驗,具體見表7~表10,除表7中焊材復驗屈服強度略低外,其余符合ANSI/AWSA5.1/AWSA5.1M-2012、ANSI/AWSA5.5/A5.5M-2014技術要求。表7、表9中沖擊試驗溫度為-40℃。

焊材采用密封金屬封裝,未用完的焊條每天回收至項目部焊材二級庫存放。使用過程符合廠家說明書要求。

2.5施工工藝分析

(1)前期現場采用火焊加熱,焊口局部位置存在受熱不均勻現象,且由于施工時間為7月,焊工未能做到一道焊口一次焊完,再次施焊時可能預熱達不到要求的溫度。懷疑是預熱問題引起裂紋,后改為電加熱,自動控溫后,局部焊口裂紋仍有發生,說明預熱溫度對裂紋不是很敏感。

(2)施工過程中,由于局部管端存在直徑偏差,作業人員為了控制錯邊量,在組對時采用外對口器強行對口,使焊口存在較強的組對應力。外對口器組對后的情況。

(3)GB50369-2014規定:“采用外對口器組對,完成根焊的50%后拆除對口器”。實體施工時坡口點焊(根焊)位置在外對口器的6個空檔處,且分布不均勻,每段焊縫長70~80mm,只占整個焊口根部焊縫長度20%~35%,未達到50%的要求,就拆除對口器,存在組對應力而且焊縫強度不足。

綜上分析,產生對接接頭焊接裂紋的主要原因是:由于直縫埋弧焊鋼管母材管端局部的直徑和圓度偏差造成焊口組對時產生錯邊,施工時的強力組對使焊口產生較大的組對應力,又因工裝選擇不合理,致使焊縫根部焊長度達不到要求,使焊縫強度不足,最終產生局部焊接裂紋。

3對策

(1)對該批L415M/X60M牌號的鋼管全部更換為直縫高頻電阻焊鋼管(ERW),供貨標準為GB/T9711-2011T≤25mm,PSL2不變,同時更換了供貨廠家,對新鋼管管端直徑偏差和管端圓度偏差進行抽查,見表11。符合GB/T9711-2011標準要求,避免了對接焊口組對時錯邊,有效降低了組對應力。

(2)更換工裝(對口器),更換后的工裝更有利于焊工施焊,并使根部焊的長度滿足了GB50369-2014標準的要求,從而增強了根部焊縫的強度,更換后的外對口器組后。

經過改進后,至項目結束沒有再出現焊接裂紋。

4結論

壓力管道母材的產品質量和施工方法影響長輸管道的施工質量。在長輸管道的施工中,應加強對原材料的入庫檢驗。要選擇合適的工裝,控制好對口間隙、錯邊量,不得進行強力組對。確保焊接質量和長輸管道的運行安全。