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管道工程行業(yè)信息   Industry

影響環(huán)焊縫可靠性的五大因素

隨著輸氣管道用鋼等級不斷提高,環(huán)焊縫逐漸成為高鋼級管道系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié),。近年來,,X70及以上鋼級輸氣管道環(huán)焊縫失效事件的發(fā)生,在一定程度上影響了高鋼級鋼管在輸氣管道系統(tǒng)的應(yīng)用,,但也提高了關(guān)于高鋼級管道焊接結(jié)構(gòu)完整性的認(rèn)知,。高鋼級管道環(huán)焊縫可靠性主要包括以下 5 個方面的影響因素:

(1)強韌性匹配方面,高鋼級管道焊縫與母材的強度匹配是影響焊接結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素,。根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計結(jié)果,,X65、X70及 X80 存在低強匹配的比例分別為 2.3%,、35.9%,、11.8%,其中焊接工藝評定焊口的對應(yīng)比例分別為 4.7%,、26.5%,、17.1%,,現(xiàn)場抽檢焊口的對應(yīng)比例分別為 1.9%、38.3%,、10.5%,。在新建管道中,已經(jīng)逐步提出基于裂紋尖端張開位移(CTOD)的韌性指標(biāo)值(0.254 mm),,但仍存在一定比例的 CTOD 性能測試不合格的現(xiàn)象,。根據(jù)國內(nèi)外高鋼級管道環(huán)焊縫斷裂失效案例的分析結(jié)果,韌性儲備不足,、低強匹配是導(dǎo)致環(huán)焊縫斷裂失效的兩個主要原因,,需引起高度重視。

(2)焊接缺陷方面,,大量環(huán)焊縫開挖驗證結(jié)果的統(tǒng)計分析結(jié)果表明,,X65、X70 及 X80 管道環(huán)焊縫含缺陷不合格比例分別為15.7%,、14.1%,、19.4%。焊接缺陷與鋼級的關(guān)聯(lián)性不明顯,,但與管道投產(chǎn)年份的關(guān)聯(lián)性較大,,建設(shè)較為集中、管道投產(chǎn)年份較長的焊接缺陷密度相對較高,。

(3)焊接工藝方面,,焊接工藝評定和焊接機組百口磨合抽檢焊口的性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明,兩者在環(huán)焊接頭強度,、沖擊韌性方面具有相似的規(guī)律,,表明工程建設(shè)期通過認(rèn)真執(zhí)行焊接工藝要求可達到焊接工藝評定的預(yù)期質(zhì)量水平。在建設(shè)期無損檢測中未發(fā)現(xiàn)而后期開挖復(fù)檢時發(fā)現(xiàn)的裂紋,,經(jīng)解剖分析未發(fā)現(xiàn)有顯著擴展特征,,推測管道吊裝下溝與試壓施工過程中焊縫存在承受較大軸向應(yīng)力的可能,故應(yīng)合理控制管道吊裝下溝與試壓施工過程應(yīng)力,。裂紋焊口分析報告顯示,,30%裂紋與內(nèi)返修及內(nèi)補焊相關(guān),表明環(huán)焊縫返修及補焊過程可能存在不合規(guī)操作,,或返修及補焊工藝有待優(yōu)化提升,。

(4)焊接材料方面,裂紋焊口焊縫金屬整體韌性較差,,研究表明,,焊縫金屬韌性與焊材韌性相關(guān)。近些年發(fā)生的高鋼級管道環(huán)焊縫斷裂失效事故大多集中在變壁厚,、斜接,、較大錯邊等存在嚴(yán)重應(yīng)力集中的環(huán)焊縫金屬部位,,且?guī)缀跛惺Лh(huán)焊縫都存在韌性不足的問題,突出了焊縫金屬韌性水平對保證高鋼級管道環(huán)焊縫安全性的至關(guān)重要,。焊縫金屬韌性與焊接工藝密切相關(guān),,但更主要取決于焊接材料性能,包括保證最佳韌性的工藝窗口的寬窄,、對鋼材化學(xué)成分波動的適應(yīng)性等,。FCAW-S 焊接材料強度級別選擇存在問題,焊接材料標(biāo)準(zhǔn)型號中代表強度的數(shù)字是抗拉強度,,不是屈服強度,,而管線鋼級別代表的是屈服強度,所謂的“等強”匹配焊材實際為低強匹配,。如目前運行的較多X80 管道,,管材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定屈服強度最小值 555 MPa、抗拉強度最小值 625 MPa,,而焊接采用的 AWS E81T8-Ni2J 焊材,,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定屈服強度最小值 470 MPa、抗拉強度最小值 550 MPa,,兩者相差很大,,可能造成實際焊縫強度遠(yuǎn)低于管材強度,在外力作用下導(dǎo)致焊縫集中變形與失效,。

(5)焊接方法方面,,中國長輸油氣管道多年來大量使用的自保護藥芯焊絲電弧焊(FCAW-S)方法,然而 SHELL,、BP,、TOTAL 明確規(guī)定不允許使用該方法,俄氣標(biāo)準(zhǔn)范圍含有這種方法,,但只允許用于部件和站場工藝管道的焊接,管道線路焊接不允許使用,,只有 TransCanada 在線路焊接中允許使用,。FCAW 雖然是一種高效方法,但由于焊絲制造以及實際焊接過程中對合金元素和工藝參數(shù)較敏感,,焊接接頭的力學(xué)性能(主要是沖擊韌性)不穩(wěn)定,,尤其是自保護的 FCAW 采用 Al 脫氧,導(dǎo)致焊縫 Al 含量很高,,焊縫的沖擊韌性更難保證,。對此,TOTAL 標(biāo)準(zhǔn)明確不允許采用 FCAW-S,,使用 FCAW-G 也需要經(jīng)過業(yè)主批準(zhǔn),,并對工程應(yīng)用有專門提示:承包商應(yīng)始終對 FCAW 方法進行完全控制,,以避免焊接熔敷層的機械性能(特別是沖擊性能)出現(xiàn)任何過度分散。中國對 X70,、X80 長輸管道的焊接,,逐步淘汰半自動自保護 FCAW 方法,大力推廣自動或機械熔化極氣體保焊電弧焊方法

上述環(huán)焊縫可靠性影響因素僅從焊接方面進行識別,,未從施工人員,、施工設(shè)備、社會環(huán)境資源等方面進行識別,,但從可靠性結(jié)果對比可知,,X65 及以下鋼級管道環(huán)焊縫焊接過程及服役期在施工人員、施工設(shè)備,、社會環(huán)境資源等方面對環(huán)焊縫可靠性影響的可接受空間大,,在相同條件下,失效概率相對較低,。



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