关于X70管道焊接缺陷分析_郑庆路.pdf

0 引言国家管网天津 LNG 二期项目接收站场内外输管道长为 700 m，规格为 1 016 mm49 mm，材质为API 5L-X70，由二期 SCV 设备出口连接到站内的首站天然气外输管道。该管道焊口共计 156 道，熔敷金摘 要 在天然气管道的建设过程中，最需要严格控制质量的工序就是管道组对和焊接。若管道的焊接质量比较差，天然气管道一次合格率低，将会在很大程度上影响管道工程的验收，如果焊口出现多次返修，即使返修合格，但是也影响了焊缝周边HAZ的组织及性能，为今后管道的安全运营留下了非常大的隐患，同时焊口的返修也会增加管道焊接的施工成本。以国家管网集团天津LNG二期项目接收站内外输高压天然气管道安装为背景，先对外输API 5L-X70材质管道焊接施工工艺进行概述，再对焊接施工中存在的焊接缺陷进行分析，从质量管理五大要素人、机、料、法、环入手，逐项分析原因，确认防治措施，从而提高天然气管道焊接的整体质量。关键词 X70管道 焊接 合格率中图分类号 TE 42 DOI：10.16759/ki.issn.1007-7251.2023.04.017Analysis on Welding Defects of X70 PipelineZHENG Qinglu DONG Wenfeng ZHAO Dongkui ZHANG Liang HU Kewu YU JiadongAbstract:In the construction process of natural gas pipelines,the processes that require strict quality control were pipeline assembly and welding.If the welding quality of the pipeline was relatively poor,and the one-time qualification rate of the natural gas pipeline was low,it would greatly affect the acceptance of the pipeline project.If multiple repaired occur to the welded junction,even if the repair was qualified,it would also affect the organization and performance of the HAZ around the weld joint,leaving a significant hidden danger for the safe operation of the pipeline in the future.At the same time,the repair of the welded junction would also increase the construction cost of pipeline welding.Taking the installation of high-pressure natural gas pipelines inside and outside the receiving terminal of Tianjin LNG Phase II Project of the National Pipeline Network Group as the background,the welding construction process for pipelines made of API 5L-X70 material for external transmission was summarized first,and then the welding defects existing in the welding construction were analyzed.Starting from the five key elements of quality management,namely,personnel,machinery,materials,methods,and environment,the causes were analyzed item by item,and preventive measures were confirmed to improve the overall quality of natural gas pipeline welding.Key words:X70 pipeline;Welding;Qualification rate郑庆路*1 董文峰1 赵东奎1 张 亮1 胡克梧2 于加东2（1.国家管网集团天津液化天然气有限责任公司 2.中国核工业第五建设有限公司）关于X70管道焊接缺陷分析*郑庆路，男，1989年生，本科，工程师。天津市，300452工程实践63化工装备技术第 44 卷第 2 期 2023 年 4 月第 44 卷第 2 期化工装备技术64属需消耗 15 600 kg，以焊材消耗作为焊接工程量衡量标准，X70 材质管道焊接工程量是接收站内所有普通碳钢及不锈钢管道焊接工程量的 10 倍。因此，通过焊接过程管理把控，提高焊接一次合规率，既可以保障现场质量，同时也可以避免不必要的人工、机械设备台班及材料的浪费。1 现场焊接质量问题的剖析与措施在该项目施工初期，项目组对管道焊接工作处于摸索阶段，导致管道焊接缺陷较多的情况，焊接完成后经无损检测发现焊道内存在多处密集型气孔及部分夹渣。图 1 和图 2 所示是检测图像显示的焊缝处存在多处连续的密集型气孔以及夹杂缺陷。图 1 TOFD图像的密集气孔缺陷 图 2 TOFD图像的夹杂缺陷 1.1 气孔（1）产生原因现场从焊接原因入手，经排查确认后发现：焊接施工现场对外界自然风的干扰隔离并不彻底，防风棚密闭不严，焊接过程中存在漏风现象。该项目采用的碱性焊材熔化产生的熔池铁水流动性比较差，起弧困难，且部分焊工焊接时电弧控制不好也会对焊缝成型质量造成一定影响。（2）预防措施为了有效预防气孔缺陷，在发现问题后对防风棚进行了加固，沿管道两侧增加挡风帘，确保焊接环境为密闭的静风环境，并组织焊工对碱性焊条的使用进行了针对性练习。1.2 夹杂、夹渣（1）产生原因夹渣是残留在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物。LNG 接收站场站单元部分距海边不超过 1 km，为典型的沿海腐蚀环境，湿度比较大，且光照强烈。夏季气温较高，风速大，厚壁为 56 mm 的 X70 管道在未焊接完成搁置一晚后会出现轻微浮锈。若隔夜后施焊或在下一层施焊前没有彻底清洁干净，极易造成夹杂和夹渣现象。另外在多层焊时，焊速过快，电弧过长也会对焊接质量产生影响。（2）预防措施每道焊口坡口打磨彻底后进行焊接，确保焊接前母材保持洁净，同时焊前应对焊口进行预热处理，该工程采用电加热的方法进行预热处理，预热温度为80。焊接时采用多层多道的焊接方法，每焊下一道焊缝时都需仔细清理上一道焊缝的表面渣壳和氧化皮。现场应严格按照WPS执行，适当提高焊接电流，放慢焊接速度。1.3 其他影响因素施工前期，现场施工人员及项目部管理人员对TOFD 检测不了解，在出现缺陷后没有及时地从自身找原因，导致缺陷增加。TOFD 检测方法采用一发一收 2 个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生了非聚焦纵波波束以一定的角度入射到被检测工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。TOFD 检测具有无辐射、速度快等优点，可以在施工过程中同步进行检测，具有很高的灵敏度与缺陷检出效率，细微的缺陷也可被检出。但在同时，因其灵敏度极高，也夸大了一微小气孔、冷夹层等缺陷。同时，在焊接过程中，要避免产生裂纹。焊缝填充时需采用多层多道焊，因此在焊缝填充过程中应每道交替进行，位于下方的焊道应优先填满，否则大电流焊接完成时，液态金属凝固时来不及缓冷，收缩太快而导致产生裂纹。同样，在焊缝收尾处应缓慢收弧而避免产生裂纹。检查焊接的材料时还发现，本次使用的焊条还存在偏心度较大的问题，如图 3 所示。在施焊过程中，焊条的厚薄会影响焊接电流、电压的变化情况。焊接 图 3 焊条中有少许偏心度不符的焊条2023 年 4 月65电流变小，会造成电弧不稳定，熔深小，造成未焊透和夹渣等缺陷；焊接电压升高，则会使电弧燃烧不稳定，导致空气侵入而产生气孔，进而影响焊缝的成型效果。2 现场焊接质量管件因素保障措施2.1 人员保障焊接过程质量控制对于化工工程建设具有重要作用，需要在行动上严格管理焊接质，每个参与者都需要牢固树立焊接责任意识，而具体来说，可以能过个人负责制，树立工作人员的责任意识，并建立严格的质量制度和监督机制。从实施的施工人员到检查的技术人员，实行人事责任制，各级把控，并实行三级检查制度，坚持岗前培训和取证工作，不符合标准的人员不得进厂施工。只有这样，才能全方位地保证工程施工的焊接质量。通过增加焊接管控环节，从根本上降低人为因素导致质量缺陷的风险。2.2 机具保障在实际的焊接工作中，焊接相关的工机具也是非常重要的部分。不仅包含焊接用焊机，还包括坡口加工处理、焊口热处理、焊材烘干用设备、冬季施工热风机等。要提高焊接质量，必须管理好焊接机械和工具，在实际焊接工作之前，应确保每个焊机和工机具的完整性。2.3 材料保障在焊接作业过程中，焊材特性往往会对焊接质量产生较大的影响。例如该项目高压不锈钢管道焊材选用的不锈钢 E308L-15 型碱性焊材流动性较差，焊接速度较慢，并且焊接成型较差，很容易出现咬边现象，管道母材的质量也会对焊接质量产生影响。2.4 施工方法保障各个项目应根据母材类别和特点选择最合适的焊接工艺，并经过现场监理单位、施工单位共同编制焊接工艺规程，确保现场各项焊接参数严格参照规程实施。（1）焊接工艺参数手工电弧焊焊接质量优异，且利于操作，所以在现场采用氩弧焊打底加手弧焊填充盖面的多层多道焊方式完成焊口。根据焊接工艺评定，管道采用双 V型坡口，坡口角度为 20 5，钝边保留（1.60.8）mm,组对间隙（32）mm，坡口采用机加工。焊接开始前用工业型测温枪对坡口附近进行检测，保证现场温度在开始焊接前不低于 80。采用 AWS ER80S-G 2.5 mm（CHG-60GX）的 焊 丝进 行 打 底，AWS E9015-G 3.2 mm 或 4.0 mm（CHE607GX）的焊条进行填充和盖面。焊接过程中对焊道温度进行实时监控，保证焊道温度不高于 248。焊后进行（62025）的热处理，并做好记录。（2）坡口处理为了减少因坡口形状不规则而造成的各种缺陷，X70 管道及管件坡口均采用自动坡口机进行切割，切割完成后允许使用角磨机进行少量修磨。X70 管道焊接对冲击韧性有着较高的要求，为了达到冲击韧性的要求，现场施工选用的焊接工艺在环境温度大于 5 时方可进行焊接作业；根据工艺要求焊前需要进行预热，预热温度需要达到 80 ；焊接过程中层间温度最高不超过 248 ；焊后进行（62025）/2 h 的热处理。（3）无损检测该项目采用的 X70 管道壁厚达 57 mm，在传统管道对接焊缝检测中，一般采用 X 射线机进行检测，现场采用的便携式 X 射线机能量有限，而 X 光射线机检测管壁厚度超过 15 mm 的管道时效率将大大降低，准确率也会降低，无法满足现场工期要求，同时也严重影响管道焊接质量，加上天津地方限制不允许采用 射线，根据设计和规范要求采用 TOFD（衍射时差超声波检测）来进行检测。与 UT 和 RT 相比检测，TOFD 具有以下优势：a）超声 TOFD 检测方法具较好的高可靠性，超声波在工件中传播时产生的缺陷的衍射波信号与缺陷的方向无关，因此可以用