关键词：油气管道；在役焊接；影响因素
引言：油气管道是我国重要的运输系统之一，不仅广泛地使用于油气输送行业，而且也是连接市场和油气资源的桥梁。虽然因受到腐蚀老化、施工等多重因素的影响造成管体泄露和缺陷，可在某种角度来讲，也推动着在役焊接技术研究的进步。这种技术管道泄漏抢修工作中的主要修复手段，由此可见在役焊接技术的重要性，而且其更是未来管道修复的主攻方向，一方面可以实现短时间修复，另一方面成本投入少且绿色环保，所以发展前景十分广阔。
一、简析影响在役焊接主要因素
第一，油气管道管壁渗碳。在实际焊接过程中，油气管道的内壁因处在高压、高温环境，导致碳氢化合物中的碳元素逐渐向油气管壁扩散，这样在内壁会出现一层渗碳层。因为大幅度提高的碳元素含量，连同冷却速度较快，导致渗碳层很容易变为马氏体组织，进而出现氢致裂纹现象。局部油气管道内壁温度如果能达到1130℃左右，那么会形成具有较低熔点的共晶组织，受到热应力作用的影响形成裂纹。
第二，氢致开裂。在绝大多数情况下，造成管道氢致开裂具有一定延迟性，也就是说在结束焊接后不一定立刻呈现，而且导致氢致开裂的影响因素是多样的。进行管道焊缝时出现的氢，其有许多种来源。氢的外部来源主要有药皮水分、空气或是管面油脂等。降低氢来源量的方式为对焊接面进行清理、烘干焊条等，或是采用相应的层间温度与预热温度向外扩散氢。在高压、高温环境下会导致内壁中的酸性介质或是碳氢化合物生产的氢向管壁扩散，对此应采取管壁渗氢实验的方式，依据最终实验结果，择取最优的焊接工艺从而将氢含量。所谓脆性相，其主要是指在进行焊接时所生成的焊接热影响区淬硬组织，由于对氢元素十分敏感进而会导致管道裂纹生成。管线级别达到X65其钢晶粒相对细小，要是受热则很容易长大，要是冷却速度过快会大幅度提高组织变脆性[1]。所以，若想防止焊接脆性就需要将对冷却速率的控制作为切入点。传统减缓冷却速度的方法为设置标准较高的预热与层间温度，可因为在役焊接管中快速流动的介质会携带热量，导致预热温无法达标。英国某天然气公司为了规避此问题，采取回火焊道针对焊趾开展回火处理以此达到焊缝韧性提高的目的，可是这种方法具有很高的焊工技术要求。我国所提出的方法为采取分段加热，实现局部预热，但仍需要进一步确认此方式的有效性。对于焊缝应力来源而言，可能是焊接的相变应力或是残余热应力，也有可能是因为管内介质压力发生变化而生成的外加应力。
第三，烧穿。针对烧穿来讲，其实质是指未熔油气管壁能否具有承担所受应力的能力，这一应力是在管内压力以及管外附加应力一同生成的。对焊接烧穿造成烧穿的因素有很多，例如介质温度、管内压力以及管道壁厚等。现阶段，通常会通过焊接线能量最大限度降低等手段避免发生在役焊接烧穿。某焊接研究所在进行有关分析计算之后，提出安全油气管道壁厚应为6.4mm。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，要是在输送介质中拥有不饱和的碳氢化合物，那么处在高压、高温的状态下，极易分解放热，进一步提高了焊接烧穿机率，对此应注意避免内壁温度高于临界点。
二、在役焊接影响因素防控措施
第一，预防氢致开裂。（1）对氢来源进行严格控制，确定氢的主要来源途径是内部还是外部。通常情况下，因为管内介质所含成分极难发生改变，所以应严格清洗焊件坡口，最好使用低氢型焊条且要确保烘干，然后在采取正确的焊接工艺。（2）严格控制硬度。现阶段，在生成敏感性组织与削弱热影响硬度方面，我国已进行相应的研究，评价氢致开裂的主要指标就是HAZ硬度，而且将不造成氢致开裂的上限确定为HAZ最大维氏硬度350HV[2]。此外，还需要合理预测与严格控制残余应力。在焊接之后所生成的残余应力一方面会导致氢致开裂，另一方面还会造成疲劳破坏。对此次，可以使用有限元模拟预测残余应，力并，或是合理控制焊道顺序、焊接前预热与焊接后预热，进而降低应力在焊缝根部集中。
第二，预防烧穿。（1）预测油气管道烧穿可以应用管内壁最高温度法。美国BMI与EW这两所机构，在实验中验证了在役焊接数值模型，据有关结果证明：采用常规的焊接工艺，要是使用焊条为低氢型，要是焊缝下面的内壁温度最高值低于980℃的话，则不会出现烧穿现象，如果使用的焊条为纤维素型，那么其下方内壁温度最高值不超过760℃，同样也不会造成油气管道烧穿。所以，在焊接过程中计算内壁温度时可以使用数值模拟，使其严格控制焊接最大线能，防止造成管道烧穿。由此可见，判断管道烧穿所使用的内壁最高温度法是具备具可行性的，可是在后续有关研究表明，此方法存在一定的片面性，即仅是重点强调焊接线能这一影响因素，但是没有考虑到管道内压等因素。从现下市场行情来看，高强度管线钢大量出现，进一步减小的壁厚，要想将最高温度严格控制于980℃的范围内是相对困难的，可是目前这种方法依然是最为常见的烧穿判断方法。（2）预测管道烧穿可以使用最小壁厚。国外研究机构曾对最小壁厚、压力与介质流速三者之间的关系展开研究，据研究结果表面：在管道最小壁厚是4.65mm且内部压力处在5.85MPa的情况下，不会造成管道烧穿；当不烧穿最小壁厚是4.8mm与5.3mm，那么其内部压力应是4.7MPa与3.55MPa；如果介质流速不断提升，则会进一步增加最小壁厚。Vatani曾以不锈钢且厚度为15.1mm管道为研究对象，通过在役焊接数值模拟对烧穿进行预测，基于在役焊接时的Von-Mises应力以及径向温度，将Von-Mises应力和相应温度状态下的管屈服应力加以对比分析，其研究结果表明，如果管道屈服应力低于对应温度下的1/3壁厚位置的等效热应力，则会造成管道烧穿，而这一时刻的内壁温度会远低于980℃[3]。即使这样此方法的实际适用范围较小，仅是适用在指定的管道运行条件以及焊接工艺参数。
结束语：对于在役焊接而言，其属于一项系统性工程，而且十分复杂且具有针对性。我们需要意识到在野外施工现场，会遇到的不可控因素有很多。所以，在对焊接规程进行科学制定的基础上，还应该对有关管理体系加以完善，避免由于不可控因素对在役焊接质量造成不必要的影响，在修复中生成新缺陷。
参考文献：
[1]王长罡,姜征锋,卢启春,张存生,刘志刚,南立团,陈朋超,廖宪国.油气管道在役焊接研究进展[J].油气储运,2015,34(06):586-589.
[2]岑康,李薇,王大创,张建华.油气管道在役焊接技术进展[J].油气田地面工程,2010,29(06):75-76.
[3]付威,吕宇玲.油气管道在役焊接修复技术综述[J].热加工工艺,2017,46(19):15-18+23.
论文作者:王哲
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
标签：管道论文; 油气论文; 应力论文; 内壁论文; 温度论文; 介质论文; 因素论文; 《工程管理前沿》2020年2期论文;