金属材料检测：有关焊缝质量问题有哪些？

　　油气管道在线焊接修复可在管道不停输情况下完成封堵换管、套管焊接修复、补板焊接修复、带压开孔等作业，相比传统管道修复方法可大幅度缩短修复周期，保证生产正常运行。由于在线焊接修复过程中管道内仍有高压介质输送，存在较大技术难度，如果焊接工艺参数选择不当或者操作不规范，会发生氢致开裂、烧穿等问题，严重影响焊接质量，为管道运行埋下安全隐患。

　　焊缝质量问题

　　1、氢致开裂

　　焊缝氢致开裂是指管道由于焊接热的作用，导致局部区域温度快速上升，在管道内介质压力的作用下，环境氢扩散至焊缝中，由于焊缝受介质流速影响冷却速度过快，进入到组织中的氢来不及析出而引发裂纹[1]。

　　氢致开裂主要由焊缝中的氢含量、淬硬相和应力状态决定。为预防氢致开裂的出现，可以通过低氢焊接工艺有效降低焊缝中的氢含量，同时在焊接前进行预热且控制多道焊的层间温度以有效降低焊缝冷却速度，减少热影响区应力集中，加快氢的扩散。回火焊道工艺也可有效改善焊缝的组织结构，降低马氏体比例而减少氢致开裂的发生。氢致开裂通常出现在应力集中区域，例如焊趾处或者焊缝根部，为减小外应力，避免焊缝中出现氢致裂纹，可以在套管的安装过程中减少应力集中，例如减少套管和管道之间的空隙等。

　　2、烧穿

　　烧穿是指焊接过程中管道受焊接电弧的作用，焊缝区域温度瞬时升高，当熔池中熔化金属的瞬态残余强度低于管内压，就会造成管壁失稳烧穿。

　　烧穿的模式分为两种：一种为材料本身在高温下的强度损失，不能承受内部介质压力而发生塑性失稳;另一种为焊接过程中焊接热过大而发生的直接焊穿。

　　使用低氢型焊条并控制热输入量可减少焊缝的熔透深度，有效预防烧穿发生。通过管内壁*高温度可预测烧穿是否发生，若焊缝内壁峰值温度低于982℃，采用正常的低氢焊接流程就不会发生烧穿;若温度远高于982℃，则在管内压力较低时也会发生烧穿。

　　美国石油学会标准API1104―2005《管道和相关配件的焊接》规定采用管道在线焊接工艺进行修复的*小管道壁厚为 mm，与石油天然气行业标准SY/T 6554―2003《在用设备的焊接和热分接程序》规定的 mm不同。

　　3、疲劳断裂

　　管道焊接时焊缝在内部介质压力作用下会发生塑性变形，在冷却过程中变形区形成较大的残余应力。而疲劳裂纹对应力集中的区域非常敏感，由于疲劳裂纹受周期性载荷的影响会扩展，焊接接头处的性能变化较大，往往是疲劳裂纹扩展与萌生的主要区域。疲劳裂纹的扩展行为通常与晶界的结构有关，受焊接热循环和管内压的影响，焊缝热影响区的不同区域会发生相变和塑变，晶界结构和晶粒取向发生变化，从而降低焊缝的疲劳裂纹扩展寿命。

　　4、管壁渗碳

　　焊接过程中熔池下方的管壁受到高温及管内介质压力的作用，碳氢化合物会向管壁内部扩散，碳含量的增加会促使管壁材料向脆硬的马氏体组织转变，进而萌生裂纹，将大大降低焊接接头的力学性能，在后期使用过程中极易发生失效。如果输送介质中含有不饱和碳氢化合物，在焊接过程中会进一步分解放热，加快碳氢化合物在管道内壁的扩散。管壁温度达到1130 ℃时，材料发生共晶反应生成低熔点共晶组织，在热应力的作用下还会出现热裂纹。

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