X80钢管施工常见焊接缺陷和质量控制措施

刘保平 杨林兵 邓 军

中国石油长庆油田分公司 技术监测中心 （陕西 西安 710021)

X80钢管施工常见焊接缺陷和质量控制措施

刘保平 杨林兵 邓 军

中国石油长庆油田分公司 技术监测中心 （陕西 西安 710021)

以目前正在施工的中卫-贵阳联络线输气管道工程焊接中易产生的各类常见缺陷为例，说明了各类缺陷形成的原因和预防措施，指出了日常外观检验和无损探伤中应注意的几个问题。

X80钢管 焊接缺陷 外观检验 无损探伤 质量控制

继我国西气东输工程建成以来，近10年来，大口径长距离高压力的长输管道工程得到了迅猛发展，材质也由最初的X70级发展到目前广泛使用的X80级，X80级管材是高强度、高韧性钢，因这种钢材的特殊性，它对焊接要求十分严格，如坡口形式、焊前预热温度、焊接中的层间温度、焊接电流电压、送丝速度、焊接设备及材料、焊接方式方法等都应执行经评定合格的焊接工艺和专用的焊接工艺规程。目前正在施工中的中卫-贵阳联络线输气管道工程（以下简称“中贵联络线”），横跨宁、甘、陕、川、渝、贵六省区，管道全长约1 600km，规格为φ1 016mm× 12.8～22.9mm，材质为X80。众所周知，焊接在长输管道施工中占据着极其重要的地位，焊接质量的好坏直接影响着管道的安全运行和使用寿命。因此，各级质量管理部门把焊接这一环节始终作为质量控制的重中之重，施工单位更是在焊接这一工序中投入了大量的人力、物力和财力。焊缝的缺陷分为外观缺陷和内部缺陷，外观缺陷可通过人眼从焊缝外部直接观察、测量，并依据相应的检验标准进行评定，而焊缝内部缺陷我国目前仍然主要采用X射线探伤的方法，因为射线探伤具有定性准确、缺陷直观、重复性好、可追溯性、受人为影响因素小等优点，仍为管道焊接内部缺陷探伤的首选方法，它在焊缝内部缺陷检测中的地位至少目前为止是不可动摇的。

中贵联络线焊缝质量检查和无损检测执行的标准分别是Q/SY GJX 0110-2007《西气东输二线管道工程线路焊接技术规范》和Q/SY GJX 0112-2007《西气东输二线管道工程无损检测规范》。

1 焊缝中的常见缺陷

1.1 外观缺陷

外观缺陷主要有咬边、焊缝局部低于母材、焊缝余高过高、表面气孔夹渣、凹陷及成形不良等，这些缺陷一般用肉眼从焊口外部可直接进行检查、测量。

（1）咬边主要是由于在焊接过程中熔敷金属未能盖住母材的坡口，在焊道边缘留下低于母材的缺口。浅短的咬边可以不做处理，但过深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。中贵联络线工程对咬边要求是：咬边深度≯0.5mm；咬边深度在0.3～0.5mm之间的，单个长度≯30mm，累计长度≯焊缝周长的15%；咬边深度＜0.3mm的允许存在[1]。

（2）焊缝余高超标会影响到管道焊缝的质量，尤其是当焊缝低于母材时焊缝受到的影响最大，低于母材使该截面处焊缝强度降低，严重影响管道的安全和使用功能。余高过高会引起一定的应力集中，同时会对后续工序防腐补口产生一定的影响，可能导致补口带与焊缝不能完全结合牢固，防腐补口的实际质量降低。中贵联络线对焊缝余高要求是0～2mm[1]。

（3）其他不允许存在的缺陷有：表面裂纹、未熔合、气孔、夹渣、引弧痕迹、有害的焊瘤、凹坑等[1]。

1.2 焊缝内部缺陷

（1）裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷，由于其具有延展性，在管道存在内应力的情况下裂纹会延伸扩展，直至管道破坏为止。因此长输管道施工中，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，常见的管道裂纹有纵向和横向2种，以冷裂纹形式的居多。

（2）未焊透及根部未熔合：焊接时接头根部未完全熔透的现象。长输管道一般都采用单面焊，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，未焊透及根部未熔合对焊道的危害很大，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，在管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。中贵联络线工程规定根部未焊透和根部未熔合单个长度≤10mm，任何连续300mm的焊缝长度内，其累计长度≯20mm[1]。

（3）未熔合：焊接时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分，也是焊接中的常见缺陷，危害较大。焊缝与坡口之间的未熔合其特点是面状、平行且紧挨着相邻的坡口，有一定的长度。中贵联络线工程规定：单个长度≤12.5mm，任何连续300mm的焊缝长度内，其累计长度≯25mm[2]。

（4）烧穿是指在焊接过程中，由于种种原因导致熔池熔穿前层焊道金属，使熔化金属自坡口背面流出，造成孔洞的缺陷。烧穿使焊缝金属有效截面积变小，在管道受内压的情况下也会造成应力集中。如果不做处理，在后层焊道的焊接中，该处更容易出现烧穿，造成孔洞越来越深。在仰焊部位，如果熔池将前层焊道金属加热至临界融化状态，由于金属重力指向本层焊道，虽然不会造成烧穿，但会出现金属塌落现象。中贵联络线规定：烧穿单个缺陷长度≤6mm，任何连续300mm的焊缝长度内，其累计长度≯13mm[2]。

（5）夹渣：未熔的焊丝药皮或焊剂残留于焊缝之中。夹渣是残留于焊缝中的固体熔渣，其在根部、层间或表面均有可能存在。最常见的就是层间夹渣，其形式有线状、点状或其它形式。夹渣会降低焊缝的塑性和韧性，尖角往往造成应力集中。中贵联络线标准规定：条状夹渣宽度≯2mm；单个长度≯25mm；任何连续300mm的焊缝长度内，其累计长度≯50mm。点状夹渣的评级与气孔相同[2]。

（6）气孔：熔池内的气体未在金属凝固前逸出，残留于焊缝之中所形成的空穴。气孔一般是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有及时逸出所形成，其形式有条形气孔、球形气孔、柱状气孔等。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，其它气孔的危害性相对较小。中贵联络线对气孔的检测标准是：壁厚≤15mm时，允许存在6点；壁厚＞15～25mm时，允许存在9点。不同长径气孔的换算点数根据标准Q/SY GJX 0112-2007表8进行[2]。

（7）内凹：内凹又称根部收缩，由于根部收缩造成浅的沟槽，在焊缝根部形成低于母材表面的低洼部分，它的存在使焊缝部位的截面积减少。中贵联络线允许的焊缝内凹是单个≤25mm；任何连续300mm焊缝长度内，其累计长度≯50mm[2]。

（8）内咬边：沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。中贵联络线对内咬边的检测标准是：单个长度≤25mm，任何连续300mm焊缝长度内累计长度≯50mm[2]。

2 长输管道焊缝中常见缺陷的产生原因和预防措施

2.1 外观缺陷的产生原因和预防措施

外观缺陷应由施工单位班组自检、互检、质检员专检合格后才能委托检测单位进行探伤。但实际操作过程中，由于长输管道工程大都任务重、施工难度大、工期又紧，所以施工单位在焊接施工操作过程中不能严格按照工艺评定执行焊接工艺，而无损检测单位拍片时，为了跟紧工程进度，拍片前往往不做焊缝外观检查就直接贴片、拍片探伤，从而形成各种各样不允许存在的焊缝外观缺陷。

（1）焊缝低于母材：长输管道焊接易发生于3～4点位和8～9点位，这部分焊道从根焊到填充焊接时，熔化的熔池金属受重力影响，在盖面焊的前一道填充焊时就相对于管道的其它部位较低，从而整体焊完后会出现该部位低于母材的现象（见图1）。

图1 焊缝低于母材

预防措施：在这两个部位焊接时，电弧电压应在焊规允许范围内适当调低，以增加熔宽，增加导电嘴与熔池之间的焊丝长度。

（2）打磨伤及母材：焊接完成后自检，发现余高过大或存在一些超标咬边，就用角向磨光机打磨，操作不好很容易伤及母材。余高过高绝大部分发生在管道5～7点位，由于该部位焊接时熔池金属受重力作用产生向下坠的力量，即使与其它部位焊接时电流电压及焊接速度一致，也容易产生余高超过2.0mm的情况。

预防措施：对于5～7点位余高过大现象，应调整好焊接角度、在焊规允许范围内适当调小电流，增加电压，适当加快焊接速度。

（3）表面未熔合：层间清理过度，造成坡口被打宽，形成沟槽。电焊工手法不稳，电流较小，线能量输入太小等都是造成表面未熔合的原因。盖面焊焊完后，由于局部未填满又补充盖面时留下了表面未熔合（见图2）。

图2 表面未熔合

预防措施：应注意清理焊道时不伤及母材，正确掌握焊接速度，严格执行工艺规程。

（4）焊缝外表面成型不良：焊缝局部忽高忽低，大多数是焊工手法不稳或沟下焊时施工空间不足，受地形限制所造成，且大多发生在管道焊缝的6点位附近（见图3）。

图3 焊缝外表面成型不良

预防措施：能够沟上焊的尽量采用沟上焊，不能采用沟上焊的，管道沟下焊时应有足够大的空间，利于焊工顺利操作，并使用正确的焊接姿势，盖面焊接一次成型合格。

2.2 内部缺陷的产生原因和预防措施

（1）气孔是长输管道焊接中最常见的一种缺陷。如果发生在根部，大多是保护气体纯度不够，排量太小，防风不好所致；如果发生在填充盖面，是由于焊材受潮，坡口或焊道之间不清洁，电弧电压过高，焊材成分偏析等原因（见图4、图5）。

图4 根焊气孔

图5 盖面焊气孔

预防措施：下雨、下雪、空气湿度过大或风速太大的情况下一定要采取防护措施。如增加防风棚，并保证管材焊接前的预热温度，保护气体的纯度应符合标准，排量适当。焊道清渣彻底，保持焊材干燥。

（2）夹渣是由于焊道清理不干净，焊接电流较小，焊条角度不正确，使熔渣不能浮出熔池 （见图6）。

图6 焊缝夹渣

预防措施：及时清理焊道，保持清洁；在保证熔透的情况下适当减少焊接电流，电流较大时导电嘴不要压得太低；适当降低焊接速度，提高电弧电压。

（3）坡口未熔合：填充焊时焊速太快或电流太小，焊材成分偏析，电弧过长或焊条角度不当所造成（见图7）。

预防措施：采用较大的焊接电流，正确地进行施焊操作，注意坡口部位的清洁。组对焊口时保证对口间隙符合标准要求。

（4）根部未熔合：对口间隙太小或错边量超标，钝边太厚，操作方法不当所致（见图8）。

图7 坡口未熔合夹渣

图8 根部未熔合

预防措施：组对间隙适当，注意组对时的错边量，坡口角度和钝边尺寸应符合规定，焊接角度要正确。

（5）根部未焊透：对口间隙偏小，焊接电流过小或焊速过快（见图9）。

图9 根部未焊透

预防措施：组对间隙适当，按工艺规程规定电流电压施焊。

（6）内凹大多发生于管道5～7点位，由于焊速慢、熔池大、温度高、熔化金属受重力作用发生下坠，焊丝未送到适当位置或对口间隙太大、根部焊道太宽所致（见图10）。

预防措施：组对间隙大小适中，保持适当焊速和适宜电流。

（7）根部咬边：由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，大多是由于操作手法如运条角度、速度不正确，电流太大或电弧太长所产生的（见图11）。

图11 根部咬边

预防措施：调整根焊电流和施焊速度，应用正确的焊接角度，注意对口间隙。

（8）烧穿：由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，焊接电流过大，焊接速度过慢，电弧在焊缝处停留过久，组对间隙太大，使熔化金属受重力影响导致烧穿产生（见图12）。

图12 烧穿

预防措施：组对间隙大小适中，电流不宜过大，保持适当的焊速。

（9）裂纹：长输管道中产生的裂纹大多是由应力所致。当管道在预热不均匀或不预热、焊接速度及热输入量不稳定时，这种现象会使局部加重。沟下焊时，当两个管口随圆度相差较大使用外对口器强力组对时，应力一般是产生冷裂纹的直接原因。在X80这种高强钢的焊接中，层间温度不均匀、局部温差过大会产生温差应力。氢也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、坡口的脏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，当熔池快速冷却后，未来得及逸出的氢便以过饱和态留在了焊缝中，由于过饱和氢很不稳定，因此会自发的向周围和大气中扩散，氢的扩散速度与焊缝的冷却速度、焊缝组织情况及应力方向有关，通常在以上原因的共同作用下，就会诱发冷裂纹产生。

预防措施：首先要按照工艺规程规定的焊前预热至100～200℃，且保证圆周均匀预热。其次避免强力组对，尤其是沟下焊使用外对口器时，必须保证根焊完成50%以上才能撤离[1]。管道焊接，尤其是填充焊时应保证管道相对稳定，不得产生轴向弯曲或扭转应力。管道在连死口时，切不可采用千斤顶、吊管机上提，挖掘机下压等来调节对口间隙的强力组对方式。

3 焊缝外观检验

（1）施工机组在管道组对前，应对管口椭圆度再次进行检查确认，若椭圆度超标，现场一般无能为力，此根钢管则不能使用，如果强力组对，则会造成错变量超标或裂纹。焊接完成后，应及时进行外观检验，每条长输管道有各自的检验标准。中贵联络线采用西二线的焊接技术规范Q/SY GJX0 110-2007。焊接完成后应由盖面焊的焊工进行自检，对个别余高超高的地方允许打磨处理，但操作时应特别注意要圆滑过渡到母材，不能出现打磨棱角更不能伤及母材。在实际监督检验中，发现由于外观打磨而伤及母材的现象绝非个别。

（2）焊接机组的质检员在例行外观检查时，应对整个焊口进行一次全面检验，特别注意管道底部余高、焊宽、咬边及外部成型情况，即6点位附近的外观质量，不应仅限于0、3、6、9点4个位置。而对于错边量，尤其是沟下焊使用外对口器应特别注意，一旦造成错边量超标，处理的办法就是割口重焊，这样“劳民伤财、得不偿失”。

（3）监理应当及时进行平行检验，对易出现外观缺陷的机组应加大检查力度，并根据外观缺陷的类型，帮助施工单位分析问题和解决问题。

（4）经过自检合格的焊口应及时委托检测单位进行无损探伤，这样一旦缺陷返修，就能及时予以返修处理。

4 焊缝无损检测

（1）检测单位接到无损检测委托后应当及时到现场检测。拍片前，应再进行一次外观检查，发现有不符合外观要求或影响底片评定的情况时应及时通知监理，以便施工单位及时处理。存在严重外观缺陷的应拒绝拍片。

（2）按照无损检测工艺规程和各检测单位的管理制度组织底片评定，评定中应严格按照标准去做。

（3）检测单位要将检测结果及时通知监理和施工单位，以便施工单位组织防腐补口或返修。

5 结束语

大口径长输管道工程投资大、工期长、使用寿命一般至少几十年，它的质量攸关重要，是为国家的未来和子孙后代造福的一项民心工程。而焊接质量好坏对管道的使用寿命起到至关重要的作用。要顺利完成此项工作，需要业主、监理、EPC总承包、设计、施工、检测等各方的通力合作才能完成，任何一方缺失或大意都可能会产生无法挽回的经济损失甚至政治影响，所以对此项工作应一丝不苟、认真按照标准规范及设计文件的要求去做。

[1]Q/SY GJX 0110-2007西气东输二线管道工程线路焊接技术规范[S].

[2]Q/SY GJX 0112-2007西气东输二线管道工程线路无损检测规范[S].

By an example of all kinds of common defects appearing easily in the present welding construction of gas pipeline project on the connection line between Zhongwei and Guiyang,the paper presents the formation causes of all defects and corresponding prevent measures.Then it is pointed out that several problems in daily observational examination and nondestructive flaw detection should be paid much attention.

X80 steel pipe;welding defects;observational examination;nondestructive flaw detection;quality control

刘保平(1963-)，男，工程师，无损检测高级人员，安装专业一级质量监督工程师。

2012-03-18▎