前言

壓力管道在線焊接時(shí)管道或設(shè)備內(nèi)部存在流動(dòng)的介質(zhì)，所以，主要有兩個(gè)難點(diǎn)：1）在線焊接過程中的局部高溫，會(huì)使材料局部失去其強(qiáng)度，從而在內(nèi)壓作用下發(fā)生燒穿或爆破；2）管道內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)會(huì)帶走大量的熱量，加速了焊縫的冷卻，從而增加了焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋的可能性。

燒穿有兩種可能的失效模式，一種是直接焊穿，這是一種塑性失穩(wěn)；而另一種更重要的問題是材料在溫度接近熔點(diǎn)時(shí)發(fā)生破壞，詳見圖1。燒穿的發(fā)生取決于壁厚、熔深、操作壓力和介質(zhì)流速等因素的綜合影響。如圖2是管線燒穿因素示意圖。

圖1 燒穿的失效模式

圖2 燒穿的影響因素

美國(guó)BMI研究所對(duì)API X55管的研究認(rèn)為：982℃是不發(fā)生燒穿的最高安全溫度。而當(dāng)壁厚大于6.4mm時(shí)，在正常條件下使用低氫焊條焊接，內(nèi)壁溫度不可能達(dá)到982℃，因此不會(huì)燒穿。我國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6554中參照美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API RP2201，提出當(dāng)管道或設(shè)備的厚度大于12.8mm時(shí)，燒穿不是在線焊接的主要問題，此時(shí)介質(zhì)流動(dòng)對(duì)焊接的冷卻及燒穿的影響可以不計(jì)；而當(dāng)厚度小于12.8mm時(shí)，則應(yīng)注意控制熱量輸入以防止燒穿。

為了控制焊接時(shí)焊縫區(qū)的溫度，實(shí)際操作時(shí)可采用間斷焊（即焊接一段時(shí)間，立即冷卻一段時(shí)間，然后再重復(fù)該過程直至焊接結(jié)束）?，F(xiàn)在也有采用計(jì)算模擬分析，及相關(guān)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)來判斷管壁燒穿危險(xiǎn)性的，最后確定焊接工藝，完成焊接工藝評(píng)定，并應(yīng)用到實(shí)際管線的修復(fù)中。

氫致裂紋是在線焊接的另一個(gè)問題，控制焊接工藝防止HIC（氫致裂紋）比防止發(fā)生燒穿要困難得多，這是因?yàn)?/span>HIC與冷卻速率、管材的化學(xué)成分及焊接中氫的含量有關(guān)。引起HIC必須有三個(gè)同時(shí)存在的條件：焊縫中氫的存在、容易發(fā)生HIC的微結(jié)構(gòu)及焊接殘余拉應(yīng)力。國(guó)外研究的重點(diǎn)放在降低HAZ硬度和防止敏感組織生成的方法上。通常把硬度作為HIC的評(píng)價(jià)指標(biāo)，美國(guó)EWI（Edison Welding Institute）研究認(rèn)為HV350是硬度的安全上限。熱影響區(qū)硬度通常由冷卻速率和碳當(dāng)量決定。無論焊接過程如何，硬度都隨著熱輸入的增大而下降，但熔深也隨之增加，燒穿的危險(xiǎn)性亦增加。冷卻速度將會(huì)影響氫致裂紋發(fā)生的可能性，也是在線焊接成敗的關(guān)鍵。

減少氫致裂紋產(chǎn)生的方法是：（1）使用低氫型焊條；（2）采用足夠的熱輸入，克服由于流動(dòng)介質(zhì)的影響；（3）焊接時(shí)預(yù)熱；（4）采用合理的焊道順序；（5）合理的裝配以減少焊縫根部的應(yīng)力集中。

回火焊道技術(shù)使用得當(dāng)，能可靠控制焊接接頭的硬度，回火的效果與焊道位置、焊接順序及所采用的熱輸入有關(guān)，也可采用小熱輸入多層焊技術(shù)。圖3是套管的焊接工藝，其中圖3（a）是套管道焊縫的焊接順序，圖3（b）是套管與主管間角焊縫的焊道順序圖。焊接時(shí)，采用兩個(gè)焊工對(duì)稱焊接，按回火焊道的。

（a)

(b)

圖3  套管的焊接工藝

方案布置蓋面焊道，效果較好。在線焊接中，還會(huì)遇到支管的焊接，支管與主管道的焊接是兩人同時(shí)焊接，焊前要先預(yù)熱。圖4是支管與主管道的焊接坡口及焊道順序，該焊接順序及焊道布置都是在線焊接中常用的，但若要使在役焊接工藝應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，還應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范做大量的模擬試驗(yàn)及工藝評(píng)定，確保在線焊接的成功及管道運(yùn)行的安全。

圖4 短管支管的焊接工藝