摘要：本文分析了长输油气管道常见焊接缺陷产生的原因及预防措施，指出了消除焊接缺陷的对策,并通过实践证明其分析正确,对策可行.

关键词：长输管道焊接缺陷

前言：为了确保大口径长输油气管道在带缺陷条件下长期运行的安全性,本文特分析了大口径长输管道焊接缺陷产生的原因及预防措施。结合我单位在苏丹管道工程、兰成渝管道工程、西气东输管道工程、陕京二线管道工程等施工中所出现的焊接缺陷，本文对长输管道焊接缺陷进行了系统的总结,从操作、工艺方面系统分析了对探伤合格率影响最大的焊接缺陷,提出防止焊接缺陷的具体方法.

1大口径长输管道焊接中易产生的缺陷

在大口径长输油气管道焊接中，焊接缺陷一般可以分为两大类：第一类是管道运行过程中发生的缺陷。这种缺陷通常是指焊接热循环损伤到焊道或邻近的热影响区，造成管道服役性能严重下降。当管道正常运行时，破裂起始于这些缺陷存在的位置。就我们所使用的X70管线钢来说，比较常见的缺陷有，碳钢或低合金钢的热影响区晶粒因受热而长大，造成韧性显著下降。析出硬化型材料的热影响区因过渡时效脆化而使强度降低。冷作硬化型材料的热影响区，因冷作效用消失而使强度降低。第二类焊接缺陷是焊接时所产生的缺陷。这类缺陷常常发生于焊接进行中或紧接焊接完成后，常见的缺陷有裂纹、气孔、咬边、夹渣、凹陷、未熔合、未焊透、焊瘤等。这类缺陷的存在很可能造成管道无法正常运行，甚至造成重大事故。这其中又以裂纹最为严重。因此，对焊接时所产生的缺陷预防及消除是相当重要的。

在大口径长输油气管道焊接中，裂纹是最严重也是最不允许出现的一种焊接缺陷。裂纹因发生的温度不同有以下几种：冷裂纹（氢裂纹）、焊后热处理裂纹（再热裂纹）、延迟裂纹及热裂纹。冷裂纹主要发生于碳钢或合金钢。双相不锈钢也有产生冷裂纹的情况。在工程中，冷裂纹已大部分可以控制。最有效的方法就是减少氢含量、预热以及尽可能的消除应力集中的作用，控制热输入及利用焊后热处理。只要材料和接头方式确定，目前已有简单的方法可以控制预热温度、热输入范围、焊后热处理的温度和时间来防止冷裂纹的发生。

2焊接缺陷的危害

在焊接结构中，尤其是在长输管道焊接中，焊接缺陷的存在将影响焊接接头的质量，而焊接接头的质量又直接影响到管道焊接结构的安全运行。

（1）在管道焊接中，咬边是一种最常见的缺陷，也是一种危害性较大的外观缺陷。它不但减少焊缝的承压面积，而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺口，造成焊接应力集中，很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹。因此，对咬边要有严格的限制。

（2）焊缝弧坑缺陷对焊接接头的强度和应力有不利的影响。焊瘤不仅影响了焊缝的外观，而且也掩盖了焊瘤处焊趾处的质量情况，往往会在这个部位出现未熔合缺陷。

（3）气孔、夹渣等体积性缺陷的危害性主要表现为降低焊接接头的承载能力。如果气孔穿透焊缝表面。介质积存在孔穴内，当介质有腐蚀性时，将形成集中腐蚀，孔穴逐渐变深、变大，以至腐蚀穿孔而泄漏。夹渣边缘如果有尖锐形状，还会在该处形成应力集中。

（4）未熔合和未焊透等缺陷的端部和缺口是应力集中的地方，在交变载荷作用下很可能形成裂纹。

（5）裂纹是最尖锐的一种缺口，它的缺口根部曲率半径接近于零。尖锐根部有明显的应力集中，当应力水平超过尖锐根部的强度极限时，裂纹就会扩展，以至贯穿整个截面而造成管道失效。特别是当焊接接头处于脆性状态时，裂纹的扩展速度极快，造成脆性破裂事故。裂纹还会加剧

疲劳破坏和应力腐蚀破坏。

3焊接缺陷的产生原因

在管道焊接结构中，产生焊接缺陷的因素是多方面的，对不同的缺陷，影响因素也不同。在实际中，焊接缺陷的产生过程是十分复杂的，既有冶金方面的原因，又有应力和变形的作用。通常焊接缺陷最容易出现在焊缝及附近地区，而这些地区正是结构中拉伸残余应力最大的地方。一般认为，焊接缺陷之所以会降低焊接结构的强度，其主要原因是缺陷减小了结构承载截面的有效面积，并且在缺陷周围产生了严重的应力集中。下面我就分析一下近几年来在长输油气管道焊接中手工自保护药芯焊丝半自动焊、全自动焊常出现焊接缺陷的原因。

3.1自动焊焊接产生缺陷的原因

3.1.1自动焊焊接过程中产生的缺陷

一是焊接工艺参数不合适；二是对管道坡口、对口质量要求高，即要求管子全周对口均匀；三是坡口型式要求严格，当管壁壁厚较厚时，确定工艺时采用复合型或Ｕ型坡口，不能仅考虑减少工作量，更重要的是要考虑到坡口对焊接质量的保证，小角度Ｖ型坡口虽然简化了施工程序，但从保证质量角度分析，复合型或Ｕ型坡口更优；四是受外界气候的影响较大，防风措施不好，这也是气体保护焊的普遍问题；五是气体纯度不够等原因。

3.1.2自动焊焊接产生缺陷的主要原因

（1）外观缺陷

我单位在西气东输管道工程、陕京二线管道工程施工时所使用的自动焊机是NOREAST自动外焊机，由于所使用的NOREAST外焊机为角摆式摆弧，当摆宽设置过大时（尤其排焊第二道），或焊接速度调节过快，过慢时，或干伸长调节不当时，电弧会在焊缝边缘母材上扫射而形成凹槽，或仰焊部位由于熔池下坠而使焊缝变窄，均可能导致焊缝低于母材或咬边缺陷，或余高超高。

（2）未熔合

在使用NOREAST自动外焊机在山坡地段施工中，当施工作业带坡度小于10°时，对外焊机自动焊影响不大，但当坡度大于15°时，填充（尤其最后一、二层）、盖面焊时熔池会由于重力作用及表面张力作用向低的一侧倾斜而与另一侧不能熔合，这易产生未熔合，同时，也会产生夹渣或焊缝一侧低于母材、咬边、余高超高等缺陷。

（3）管口组对及摆宽设置所导致的焊接缺陷

管口组对时应注意对口间隙并留一定的焊后收缩余量，STT根焊时由两名焊工一人从0点，一人从9点同时施焊，确保根焊后下坡口宽度比上坡口宽度略小一点。若坡口宽度不匀或下坡口比上坡口宽，自动外焊机填充盖面时在下部由于熔池液态金属在重力作用下下垂而变窄，可能会导致边缘有深的夹角或边缘未熔合。

3.2半自动焊焊接产生缺陷的原因

3.2.1半自动焊焊接中常出现缺陷的产生原因

(1)产生未焊透的原因是焊接电流小、电压过高、焊速过快、错边严重、坡口尺寸不合理（如间隙过小、钝边过厚）、焊丝未对准焊缝中心、电弧发生偏吹等原因造成。

(2)产生未熔合的原因是焊接电流过小、电弧偏吹、根焊所用焊条药皮偏心、参数调节不当、焊工操作手法不当、操作视线不好以及电弧离坡口较远，两边停留时间过短，焊丝倾角不恰当，使母材或前一层焊接金属未得到充分熔化就被填充金属覆盖。

(3)产生咬边的原因是焊接电流过大或焊接速度太慢、立焊横焊时电弧太长、焊条角度和摆动不正确或运条不当等。

(4)产生夹渣的原因是焊速太快、电流过小或焊丝干伸长大、坡口角度过小、跳丝、打磨清理不净等有关。其次焊条质量不好，含杂质较多，运条不当，熔池不能充分搅拌，熔渣和铁水分离不清，阻碍了熔渣上浮；冷速过快，熔渣来不及浮出熔池表面；坡口和焊条边缘清理不净，存在杂质，在焊道内产生夹渣；多层多道焊时，焊缝的渣未敲干净，残留在焊缝中。

(5)产生焊瘤的原因是焊接规范不当，电压过低，焊速不合适；焊条角度不对或电极未对准焊缝；运条不正确；与填充金属过多，坡口尺寸太小有关；熔池温度过高，液体金属凝固较慢，在自重作用下形成。

(6)产生气孔的原因是当电弧功率不变，焊接速度增大时，增加了产生气孔的倾向；电弧电压太高；焊条、焊剂在使用前未进行烘干；气体保护焊时，气体流量不合适；熔渣的氧化性增大时，由CO引起气孔的倾向增加；当熔渣的还原性增大时，氢气孔的倾向增加；焊件或焊接材料不清洁；与焊条、焊剂的成分及保护气体的气氛有关。

(7)产生烧穿的原因是电流过大、焊速太慢；坡口间隙过大；摆弧不正常。

(8)产生内凹陷的原因：仰焊时，背面根部母材虽被电弧熔化，由于熔池在高温时表面张力小，使铁水在自重作用下产生下坠，形成凹陷。

3.2.2STT半自动根焊的气孔问题

STT根焊时对风速比较敏感，要求风速≤2m/s。风速过大时，会使保护气层失效而产生气孔。在防风棚内焊接时，可能导致保护气失效的主要原因为来自管内的穿堂风，穿堂风的产生原因如下图所示：管线始端有堵板焊死，当根焊后的填充、盖面焊时，管内的空气会因高温加热而膨胀，而产生一定压力的气流向施焊前进方向流动，而在根焊时的组对间隙中逃逸并生产较大风速的气流，导致根焊时（尤其收口时）产生气孔。

4焊接缺陷的预防措施

4.1全自动焊产生缺陷的预防措施

4.1.1外观缺陷

盖面焊采用排焊，排焊第一道时，摆宽调至上坡口宽度的3/5，以减小第二道排焊摆宽，使之不超过1/2上坡口宽度；焊接过程中，根据不同焊接位置调整焊接速度：0点至2点半焊接速度应调快，2点半至4点半为正常焊接速度，4点半至6点焊接速度减慢，同时调整干伸长，来保证焊缝两侧不低于母材或咬边缺陷，焊缝余高不超过2mm。

4.1.2未熔合

山坡地段施焊时，根据坡度的大小在填充焊时采用排焊，即减小摆宽来减小熔池，盖面焊必要时排焊3道，同时适当增大保护气流量，以增强气保护效果及电弧挺度，这样就保证了在填充（尤其最后一、二层）、盖面焊时熔池由于重力作用及表面张力作用向低的一侧倾斜而与另一侧能充分熔合，防止未熔合的产生。

4.1.3气孔

防止STT产生气孔的原因在对口器后附加一个弹性密封堵板，见图1，而将根焊接头与后面的气流隔离开来，保证根焊部分管内空气为静止的。

4.2半自动焊产生缺陷的预防措施

要保证焊接接头的质量，就应在焊接过程中采用有效措施，防止产生焊接缺陷。

（1）防止咬边的措施是电流大小要适当；运条要均匀；焊条角度、摆动要正确；立焊横焊时焊接电弧要短些；

（2）防止产生气孔的措施是：不得使用药皮开裂、剥落、变质、偏心或焊芯锈蚀的焊条；各种类型的焊条或焊剂都应按规定的温度和保温时间进行烘干；焊接坡口及其两侧应清理干净；正确地选择焊接工艺参数；碱性焊条施焊时，应短弧操作。气体保护焊时，气体流量要适当；

（3）防止产生夹渣的主要措施有：彻底清除渣壳和坡口边缘的氧化物及多层焊道间的焊渣；正确运条，有规律地搅动熔池，促使熔渣与铁水分离；适当减慢焊接速度，增加焊接电流，以改善熔渣浮出条件；选择适宜的坡口角度；调整焊条药皮或焊剂的化学成分，降低熔渣的熔点。

（4）防止未焊透的措施是焊接电流、电压、焊速大小要合适、坡口尺寸要得当（如间隙、钝边）、焊丝要对准焊缝中心。

（5）防止未熔合的措施是焊接电流大小要得当；焊工操作手法、操作视线要得当；电弧离坡口要适中，两边停留时间要足够。

（6）防止焊瘤的措施是焊接规范要得当；焊条角度要合适或电极要对准焊缝中心；运条要正确；坡口尺寸大小要合适。

5结论

随着大口径管线钢性能的不断提高，管道建设越来越趋于向长距、高压力、大口径、厚壁化方向发展，这就需要研发高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配，保证环焊缝接头的强韧性。在长输管道焊接中，我们要不断的提高焊接技术水平。另外，还应采取有效的措施防止管道焊接中常出现的焊接缺陷。本文就结合近几年来我单位在管道施工中常出现的焊接缺陷，对焊接缺陷进行总结、分析,从操作、工艺方面分析了对大口径长输管道焊接中常出现的焊接缺陷,提出了防止焊接缺陷的具体方法

参考文献

[1]赵熹华编著.焊接检验.机械工业出版社，

[2]张文钺等编著.焊接工艺与时效分析.北京：机械工业出版社，

[3]周振丰等编.焊接冶金与金属焊接性.北京：机械工业出版社，