金屬材料檢測：有關(guān)焊縫質(zhì)量問題有哪些？
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油氣管道在線焊接修復(fù)可在管道不停輸情況下完成封堵?lián)Q管、套管焊接修復(fù)、補(bǔ)板焊接修復(fù)、帶壓開孔等作業(yè)，相比傳統(tǒng)管道修復(fù)方法可大幅度縮短修復(fù)周期，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。由于在線焊接修復(fù)過程中管道內(nèi)仍有高壓介質(zhì)輸送，存在較大技術(shù)難度，如果焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)或者操作不規(guī)范，會發(fā)生氫致開裂、燒穿等問題，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，為管道運(yùn)行埋下安全隱患。
焊縫質(zhì)量問題
1、氫致開裂
焊縫氫致開裂是指管道由于焊接熱的作用，導(dǎo)致局部區(qū)域溫度快速上升，在管道內(nèi)介質(zhì)壓力的作用下，環(huán)境氫擴(kuò)散至焊縫中，由于焊縫受介質(zhì)流速影響冷卻速度過快，進(jìn)入到組織中的氫來不及析出而引發(fā)裂紋[1]。
氫致開裂主要由焊縫中的氫含量、淬硬相和應(yīng)力狀態(tài)決定。為預(yù)防氫致開裂的出現(xiàn)，可以通過低氫焊接工藝有效降低焊縫中的氫含量，同時在焊接前進(jìn)行預(yù)熱且控制多道焊的層間溫度以有效降低焊縫冷卻速度，減少熱影響區(qū)應(yīng)力集中，加快氫的擴(kuò)散。回火焊道工藝也可有效改善焊縫的組織結(jié)構(gòu)，降低馬氏體比例而減少氫致開裂的發(fā)生。氫致開裂通常出現(xiàn)在應(yīng)力集中區(qū)域，例如焊趾處或者焊縫根部，為減小外應(yīng)力，避免焊縫中出現(xiàn)氫致裂紋，可以在套管的安裝過程中減少應(yīng)力集中，例如減少套管和管道之間的空隙等。
2、燒穿
燒穿是指焊接過程中管道受焊接電弧的作用，焊縫區(qū)域溫度瞬時升高，當(dāng)熔池中熔化金屬的瞬態(tài)殘余強(qiáng)度低于管內(nèi)壓，就會造成管壁失穩(wěn)燒穿。
燒穿的模式分為兩種：一種為材料本身在高溫下的強(qiáng)度損失，不能承受內(nèi)部介質(zhì)壓力而發(fā)生塑性失穩(wěn);另一種為焊接過程中焊接熱過大而發(fā)生的直接焊穿。
使用低氫型焊條并控制熱輸入量可減少焊縫的熔透深度，有效預(yù)防燒穿發(fā)生。通過管內(nèi)壁*高溫度可預(yù)測燒穿是否發(fā)生，若焊縫內(nèi)壁峰值溫度低于982℃，采用正常的低氫焊接流程就不會發(fā)生燒穿;若溫度遠(yuǎn)高于982℃，則在管內(nèi)壓力較低時也會發(fā)生燒穿。
美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API1104―2005《管道和相關(guān)配件的焊接》規(guī)定采用管道在線焊接工藝進(jìn)行修復(fù)的*小管道壁厚為?mm，與石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T?6554―2003《在用設(shè)備的焊接和熱分接程序》規(guī)定的?mm不同。
3、疲勞斷裂
管道焊接時焊縫在內(nèi)部介質(zhì)壓力作用下會發(fā)生塑性變形，在冷卻過程中變形區(qū)形成較大的殘余應(yīng)力。而疲勞裂紋對應(yīng)力集中的區(qū)域非常敏感，由于疲勞裂紋受周期性載荷的影響會擴(kuò)展，焊接接頭處的性能變化較大，往往是疲勞裂紋擴(kuò)展與萌生的主要區(qū)域。疲勞裂紋的擴(kuò)展行為通常與晶界的結(jié)構(gòu)有關(guān)，受焊接熱循環(huán)和管內(nèi)壓的影響，焊縫熱影響區(qū)的不同區(qū)域會發(fā)生相變和塑變，晶界結(jié)構(gòu)和晶粒取向發(fā)生變化，從而降低焊縫的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。
4、管壁滲碳
焊接過程中熔池下方的管壁受到高溫及管內(nèi)介質(zhì)壓力的作用，碳?xì)浠衔飼蚬鼙趦?nèi)部擴(kuò)散，碳含量的增加會促使管壁材料向脆硬的馬氏體組織轉(zhuǎn)變，進(jìn)而萌生裂紋，將大大降低焊接接頭的力學(xué)性能，在后期使用過程中極易發(fā)生失效。如果輸送介質(zhì)中含有不飽和碳?xì)浠衔?，在焊接過程中會進(jìn)一步分解放熱，加快碳?xì)浠衔镌诠艿纼?nèi)壁的擴(kuò)散。管壁溫度達(dá)到1130?℃時，材料發(fā)生共晶反應(yīng)生成低熔點(diǎn)共晶組織，在熱應(yīng)力的作用下還會出現(xiàn)熱裂紋。
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