吳錦強1 趙康1 楊鋒平2 鄒斌1 方衛林1

1.西部管道分公司； 2.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院

 

摘  要：某在役X80輸氣管道發(fā)現螺旋焊縫內表面存在裂紋。切取樣品后，對其進(jìn)行水壓試驗、宏觀(guān)檢測、無(wú)損檢測、電鏡分析、金相分析。結果表明：該裂紋為焊縫內表面裂紋，長(cháng)64 mm、深15 mm，含裂紋管的承載能力為22 MPa；該裂紋由焊接原始缺陷引起，在工廠(chǎng)水壓試驗或現場(chǎng)水壓試驗時(shí)擴展形成；焊接原始缺陷為熔合不良或焊接熱裂紋，在工廠(chǎng)進(jìn)行了外補焊，但未能徹底消除原始缺陷。建議工廠(chǎng)生產(chǎn)鋼管時(shí)嚴格執行焊縫補焊和無(wú)損檢測控制程序。

關(guān)鍵詞：X80鋼管；螺旋焊縫；補焊；裂紋

 

 

目前，西氣東輸二線(xiàn)、西氣東輸三線(xiàn)、中俄東線(xiàn)等重大油氣管道工程已大規模采用國產(chǎn)X80螺旋焊管，其服役長(cháng)度超過(guò)5 000公里，規模為世界之最，服役時(shí)間超過(guò)10年，至今未發(fā)生因鋼管質(zhì)量引起的災難性事故[1-2]，這與鋼管質(zhì)量控制息息相關(guān)[3-4]。

X80螺旋焊管生產(chǎn)程序為：原料入廠(chǎng)檢驗、開(kāi)卷矯平、銑邊、成型、內/外焊、水壓前X射線(xiàn)檢測（逐根， 100%全焊縫）、焊縫補焊（如有缺陷）、水壓試驗（逐根）、理化試驗（規定批次）、水壓后超聲波檢測（逐根， 100%全焊縫自動(dòng)檢測、母材管端自動(dòng)檢測、盲區及補焊縫手動(dòng)檢測）、管端擴徑、水壓后X射線(xiàn)檢測（逐根， 100%全焊縫檢測，管端、補焊縫抓圖或拍片）、管端坡口加工、管端手動(dòng)超聲波檢測（逐根， 100%管端端面，如有要求可用其他表面缺陷檢測方法[5]）、成品檢驗（逐根，外觀(guān)、幾何尺寸等）、噴標、入庫。

除此之外，業(yè)主單位還引入第三方駐廠(chǎng)監造機構按監造程序對鋼管生產(chǎn)進(jìn)行監督檢驗，包括審核工廠(chǎng)資質(zhì)、人員資質(zhì)、設備計量校準情況、工藝文件、質(zhì)量體系等；監督檢查原材料入廠(chǎng)復驗、焊接工藝評定、首批檢驗；監督檢查上料、成型、焊接、管端擴徑等生產(chǎn)步驟；監督檢查射線(xiàn)檢測、超聲波檢測、水壓試驗、理化試驗、成品檢驗等質(zhì)量檢驗步驟，并形成見(jiàn)證記錄[6]。

由此可見(jiàn)， X80螺旋焊管有嚴格的生產(chǎn)程序、質(zhì)量控制和第三方監督檢驗，基本不會(huì )出現質(zhì)量問(wèn)題。筆者介紹一起罕見(jiàn)的國產(chǎn)X80鋼管螺旋焊縫裂紋缺陷，并通過(guò)缺陷成因分析，提出鋼管質(zhì)量控制建議，供業(yè)內參考。

1 缺陷概況

某在役輸氣管線(xiàn)內檢測時(shí)發(fā)現了多處異常，開(kāi)挖后經(jīng)超聲檢測、射線(xiàn)檢測確定，該管線(xiàn)某處螺旋焊縫存在內部裂紋型缺陷。為確保安全，業(yè)主對該處進(jìn)行了斷管換管作業(yè)。切割后通過(guò)管道內表面觀(guān)察發(fā)現，該處確實(shí)存在長(cháng)度約55 mm的裂紋，如圖 1所示。含缺陷鋼管為X80螺旋焊縫鋼管，規格為Φ 1 219×18.4 mm，出廠(chǎng)前記錄顯示其各項指標合 格，但存在2處補焊。

2 承載能力試驗

為檢驗含缺陷鋼管承載能力，參考SY/T 5992―2012《輸送鋼管靜水壓爆破試驗方法》，對切取的管段進(jìn)行水壓爆破試驗。水壓試驗管段（試樣）全長(cháng)9.99 m，帶有部分防腐層，裂紋距離管端3.15 m，如圖 2所示。

2.1 試樣檢驗

試驗前對試樣進(jìn)行外觀(guān)、壁厚、周長(cháng)抽檢，均滿(mǎn)足要求。以缺陷為中心，在缺陷附近400×400 mm范圍內進(jìn)行5×5點(diǎn)壁厚測試，結果也滿(mǎn)足標準要求。對含缺陷處分別進(jìn)行射線(xiàn)檢測、相控陣檢測、常規超聲波檢測等無(wú)損檢測，相控陣和射線(xiàn)檢測確定的外表面缺陷長(cháng)度約為60 mm，超聲波檢測確定其長(cháng)度約為120 mm，如圖 3所示。

2.2 水壓試驗

試樣在3.6 MPa、 7.2 MPa、 12.0 MPa（設計壓力）、 13.2 MPa（管道現場(chǎng)水壓試驗壓力值）和16.0 MPa（鋼管出廠(chǎng)時(shí)的水壓壓力）標準靜水壓條件下分別保壓900 s、 900 s、 1 800 s、 900 s和900 s，未發(fā)生泄漏；繼續加壓至23.5 MPa時(shí)，焊縫裂紋處泄漏，爆口內表面長(cháng)度約為55 mm、外表面長(cháng)度約為16 mm，泄漏缺陷處內外形貌如圖 4所示。

3 斷口分析

3.1 宏觀(guān)分析

裂紋位于焊縫中心，其中內表面長(cháng)度為55 mm，外表面長(cháng)度為16 mm，缺陷最長(cháng)為64 mm。去掉本次水壓試驗造成的泄漏區，裂紋缺陷由內往外深度為15 mm，只剩4 mm壁厚，用于承受運行壓力。如圖 5所示，裂紋缺陷細分為兩部分，靠近內表面部分為焊接缺陷區，為螺旋焊縫焊接時(shí)形成，長(cháng)度為55 mm，最深約為7 mm（圖 6紅色實(shí)線(xiàn)部分）；中間扇形部分為擴展區，長(cháng)度為42 mm，自身高度約為11 mm（圖 5黑色虛線(xiàn)部分），可能由鋼管生產(chǎn)時(shí)工廠(chǎng)水壓試驗或管道建設時(shí)現場(chǎng)水壓試驗造成。

                  

如圖 6所示，斷口的另一個(gè)明顯特征是環(huán)氧樹(shù)脂減阻劑已經(jīng)進(jìn)入了缺陷內部，證明該缺陷在鋼管出廠(chǎng)前已經(jīng)存在。

3.2 斷口電鏡分析

焊接缺陷區深度約為6.4 mm，存在自由表面、最深為2 mm，如圖 7所示，考慮為熔合不良。焊接缺陷區上部有斷裂痕跡，且斷面不平整，考慮為焊接熱裂紋，即由于低熔點(diǎn)夾雜存在，導致夾雜凝固時(shí)被焊接拉應力拉開(kāi)。

3.3 金相分析

如圖 8所示，在裂紋缺陷區域切取一個(gè)金相截面進(jìn)行觀(guān)察，與正常的螺旋焊縫金相低倍照片相比可知：裂紋處進(jìn)行了補焊；根據補焊焊道情況，確認補焊為外補焊，但補焊深度沒(méi)有達到內表面。結合斷面上發(fā)現的內表面原始缺陷，說(shuō)明補焊沒(méi)有消除內表面焊接原始缺陷。

4 裂紋成因

根據工廠(chǎng)記錄，該缺陷進(jìn)行了補焊，補焊后射線(xiàn)檢測合格。之后進(jìn)行16 MPa工廠(chǎng)水壓試驗合格，水壓試驗后超聲檢測、射線(xiàn)檢測合格。

根據斷口金相低倍形貌，證實(shí)該處確實(shí)進(jìn)行了補焊，但補焊并沒(méi)有消除螺旋焊縫內焊道缺陷。內表面焊接原始缺陷凹凸不平，符合焊接熱裂紋特征，應為焊接時(shí)熔合不良導致，扇形區斷口平整，無(wú)疲勞臺階，并存在明顯收斂痕跡，考慮為工廠(chǎng)試壓或者現場(chǎng)試壓時(shí)一次擴展導致，且由于工廠(chǎng)水壓壓力值遠大于現場(chǎng)水壓壓力值，故工廠(chǎng)水壓擴展的可能性更高。由分析可知，水壓試驗后工廠(chǎng)的缺陷檢測技術(shù)或質(zhì)量控制程序的落實(shí)存在缺陷[7-9]。

5 結論及建議

（1）缺陷屬于螺旋焊縫裂紋型缺陷，缺陷長(cháng)為64 mm，其中內表面長(cháng)度為55 mm，擴展深度達15 mm。

（2）缺陷區域存在外補焊，但外補焊未能消除內表面原始焊接缺陷。

（3）原始焊接缺陷判斷為熔合不良或焊接熱裂紋引起，形成于工廠(chǎng)制管階段。

（4）建議完善焊縫補焊標記方法、程序和控制措施；嚴格執行鋼管無(wú)損檢測質(zhì)量控制程序，防止類(lèi)似事件再次發(fā)生。

 

參考文獻：

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    作者簡(jiǎn)介：吳錦強，工學(xué)學(xué)士，高級工程師�，F任西部管道分公司安全副總監、總經(jīng)理助理兼管道處處長(cháng)，主要從事管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：趙康0991-7561396，421162147@qq.com。