提高高强钢厚壁管根部焊接缺陷返修成功率的措施

张 新，王 民，王 霞

（1.中油管道局国内事业部，河北廊坊 065000；2.中油管道局海洋公司，河北廊坊 065000）

提高高强钢厚壁管根部焊接缺陷返修成功率的措施

张 新1，王 民1，王 霞2

（1.中油管道局国内事业部，河北廊坊 065000；2.中油管道局海洋公司，河北廊坊 065000）

在西气东输二线管道工程安装中，根部缺陷占焊接缺陷总数的30%，而根部缺陷返修成功率不足70%，采取避免缺陷产生的全壁厚返修措施，可提高一次返修合格率。文章从根部缺陷产生的机理和影响因素，根部缺陷全壁厚焊接返修的特性和误区、返修措施、返修效果等方面对其进行了论述。

管道工程；焊接返修；根部缺陷；原因；措施

0 引言

西气东输二线管道工程管材材质为X80，管径1 219 mm、管壁厚度范围15.3～27.2 mm，设计压力12 MPa，自西向东跨越多种地理环境，是国内首次采用高强钢的管道安装工程，这不仅要求多样的焊接工艺，而且对焊工水平提出很高的要求。在现场安装中，由于受自然环境条件的限制，很多焊接缺陷不能避免，而焊接工艺规程规定，高强钢的焊接缺陷只允许返修一次，因此对焊接返修的要求提出新挑战。根据无损探伤结果统计，大约20%缺陷处于根部，而在施工前阶段的根部返修成功率不到70%，一些焊口因此割口重新焊接，造成很大的损失。

1 焊缝根部缺陷的种类

管道焊接根部缺陷常见类型为夹渣、未熔合、未焊透、根部塌陷、烧穿、垂瘤、裂纹、空心焊道、咬边等，这些缺陷的存在，削弱了焊缝的有效工作截面，降低焊缝的强度和塑性，降低焊接接头的强度，并会造成应力集中。

2 根部缺陷全壁厚焊接返修的特性和误区

高强钢、大壁厚钢管的根部缺陷返修具有焊接空间受限、焊接热量散失快、温度梯度大、拘束焊接等特性，因此焊接难度很大，往往导致返修失败。同时由于厚壁管的内部返修环境对焊接工人的生命安全具有很大威胁，所以长输管道的根部缺陷只能采取外部的全壁厚返修方法。

由于高强钢的焊接缺陷只允许返修一次，返修失败就要进行管口割除，这往往导致返修工人的精神紧张，过多地把注意力放在缺陷的局部位置上，而忽视管段整体对缺陷的拘束影响。再者对于根部缺陷的返修，焊工在返修时只注重根部操作，而忽视根焊以外的其他焊层的操作，如热焊过快或热输入过大，容易导致根部过热和多次重复加热，降低了金属机械性能，从而产生裂纹、塌陷等缺陷。

3 根部缺陷全壁厚返修措施

3.1 焊前准备

焊条：返修焊条一般为φ 3.2 mm的纤维素型低氢焊条，如E6010和E7016。焊条直径较小可以控制熔滴滴状过渡，避免产生较多的液态金属，造成熔池过热，液态金属下流，根部不能填满等。在施焊前应根据工艺要求在350℃下烘干并保温2 h，焊接时储存于保温筒中，随用随取。

返修时间的选取：返修时间应选择天气晴朗、空气湿度不超过80%RH、风速不超过4 m/s的时间段。由于返修焊缝处于刚性拘束状态，白天管段在日光照射下，温度快速升高膨胀受压，在温度降低时变冷收缩而使焊缝处于拉伸状态。返修时间应选在白天温度变化不大的时刻，最好避开早晨温度上升或下午温度下降时刻。最佳返修时间为10:00至14:00，这期间管道不受拉伸力或拉伸力较小。因为根部缺陷数量不多，每位返修工人在该段时间返修1～2道为佳。

预热：在缺陷清理前和焊接前都要预热。加热可采用火焰加热器，预热范围为整个焊口两侧各120 mm宽区域，预热温度大于120℃，但上限不要超过临近防腐层的耐温要求。预热应均匀，用测温仪在离焊缝50 mm处检测温度是否达到要求。当外界温度较低时，应采取不间断加热。

缺陷清除：用角向砂轮机沿标记的位置打磨，砂轮片规格为φ 100 mm×2 mm。打磨长度应大于50 mm，开口上口宽度应与原坡口相当或约为管道壁厚的1.5倍。在预计接近缺陷位置时，应控制磨削进度，观察打磨出的缺陷是否符合无损影像描述的特征，以确保缺陷完全去除。

坡口修理：在全壁厚返修中，根部打磨间隙在很大程度上决定了返修的成功率。根部打开后应保证坡口均匀，坡面无凹凸。坡口根部间隙一般为2.4～3.0 mm，有经验的焊工往往根据焊条光头的粗细测试打磨间隙的大小，间隙宽度以略小于光焊条直径为宜。坡口打开后，为防止根部毛刺影响根部成型，用自制小钩子或小锉刀将毛刺清除。

3.2 焊接

根焊：根焊采用直流反接，焊接电流采用60～90 A，电压一般为24～35 V，焊速一般为6～14 cm/min。操作时焊条和管道轴线要求成90°夹角，并指向轴心，保证根焊道位于焊缝中心，消除内咬及单边未焊透。由于坡口打磨不能象机床切削一样获得完全一致的坡口间隙和钝边，所以需通过焊条纵向夹角的调节来调整电弧的穿透力和熔池形状，以保证根部成型良好。在根焊过程中始终保持一个小的、可见的熔池是关键，如果熔池变得过大，马上会导致内咬或根部塌陷。根焊熔池的理想尺寸为3.2mm，一旦发现熔池的尺寸发生变化，应马上调整焊条夹角和电流等来保持合适的熔池尺寸。

清根打磨：根焊完成后进行根焊清理，清根的要点是清除根焊道的表面气孔、弧坑裂纹、夹渣、未熔合等缺陷。清根时应严格控制磨削程度，如果清根过度，会造成根焊太薄，热焊时容易烧穿；清根不彻底，则易产生夹渣和气孔。清根可采用4.0 mm厚的砂轮片，最好不要采用1.5 mm或2.0 mm的切割片，因为采用1.5mm或2.0mm切割片往往产生深槽，在随后的焊接过程中易产生层间未熔或夹渣。

热焊和填充焊：在保证根焊质量的前提下进行热焊，热焊与根焊之间的间隔时间不能超过10min。因为根部焊道比较薄，为防止烧穿、内凹等缺陷，应采用小电流直流正接，电流采用90～150A，电压一般为18～26V，焊速一般为7～15cm/min。

由于返修焊接为拘束条件下焊接，且根部焊层较薄，如采用连续焊接，则热输入太大，易导致内凹或烧穿等缺陷，这时如采用反复断弧焊接就能获得很好的效果。反复断弧焊接是在焊缝收尾处反复熄弧、引弧数次，直至填满弧坑，消除弧坑裂纹。当感到容易出现缺陷时立即断弧，断弧后待熔池稍微冷却后迅速起弧，形成下一个熔池。该方法能很好控制金属熔池，保证焊缝的成型。同时进行适当的横向摆动或在起弧、收弧处稍做停顿，或者采用搭接起弧、收弧，以利于气体浮出熔池。

盖面焊：盖面焊采用直流正接，焊接电流90～140 A，电压一般为18～26 V，焊速7～15 cm/min。在仰焊位置的盖面焊接应严格控制热输入，避免产生垂瘤、焊缝余高不均匀等缺陷。

层间保温和焊后加热：各焊层之间应严格控制层间温度不低于80～100℃，加热区域仍为整个焊口。目的是消除焊接残余应力，减缓冷却速度，获得理想的结晶，减小金属脆化，增加氢扩散逸出速度，降低裂纹倾向。在返修后进行焊后保温，温度缓冷到50℃即可。当环境温度低于5℃时，必须采取不断加热措施或焊完后立即盖上石棉布或石棉被保温。

4 返修效果

在完成的西气东输二线工程2 400 km管道安装中，用该方法对其中480道有根部缺陷的焊口进行返修，返修成功率超过94%。实践证明该操作方法行之有效，减少了因返修不合格切口造成的损失，达到了预期效果，为今后高强钢根部缺陷的返修提供了基础。

［1］周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1992.

［2］高云青，王纪，李颂宏，等.西气东输冀宁支线X80管线钢焊接工艺[J].石油工程建设,2006，（4）：52-54.

Measures to Increase Success Rate of Repairing Root Welding Defects in High Strength Thick Wall Pipes

ZHANG Xin（Domestic Department of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,WANG Min

In the Second West to East Gas Pipeline construction,the root welding defects was 30%of the total welding defects and the primary success rate of root welding defect repairing was less than 70%.Full wall thickness repairing approach is able to increase the primary success rate.In this paper,the mechanism and influence factors of root welding defects,the functions and some misunderstandings of the full wall thickness repairing approach,the repairing measures and repairing effect are discussed.

pipeline engineering;welding repair;root defect;reason;measure

TE973.3

B

1001－2206（2011）06－0051－02

张 新 （1974-），男，山东嘉祥人，高级工程师，1997年毕业于中国石油大学 （华东）焊接专业，主要从事油气长输管道施工项目管理工作。

2011-01-11