第一篇：在役壓力容器焊接裂紋的成因分析及預(yù)防措施

在役壓力容器焊接裂紋的成因分析及預(yù)防措施

陳冰川，陳偉民，朱偉青

（國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233）

摘要：對(duì)某在役奧氏體不銹鋼壓力容器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)金相檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)其下封頭的縱向焊縫處存在微裂紋。分析了裂紋的形成原因，結(jié)果表明該裂紋是由焊接引起的橫向沿晶液化裂紋和由壓制成型引起的縱向裂紋共同構(gòu)成的混合型裂紋。針對(duì)如何預(yù)防此類(lèi)裂紋，提出了相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼； 壓力容器； 焊縫； 裂紋； 應(yīng)力分析 中圖分類(lèi)號(hào)：

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：

The Cause Analysis and Prevention Measures of Welding Cracks on the In-service Pressure Vessel

CHEN Bing-chuan，CHEN Wei-min，ZHU Wei-qing(State Nuclear Power Plant Service Co.Ltd., Shanghai 200233, China)Abstract: In the local metallographic examination process for an austenitic stainless steel in-service pressure vessel, the microscopic cracks had been found in the longitudinal weld of its lower head.Formation mechanism of cracks is analyzed, the result show that those cracks are composed of transverse liquefaction cracks cause by welding and vertical cracks caused by the suppression molding in manufacture.Some measures have proposed to the prevention of this kind of cracks.Keywords: austenitic stainless steel;pressure vessel;weld;cracks;stress analysis

在壓力容器、鍋爐和管道等設(shè)備部件制造中，常常需要依靠焊接工藝實(shí)現(xiàn)兩部分母材間的結(jié)合。由于在焊接過(guò)程中母材被瞬間加熱熔化形成熔池，隨后熔池液態(tài)金屬快速冷卻結(jié)晶而形成焊縫。在熔池金屬結(jié)晶過(guò)程中，焊接接頭的顯微組織會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，同時(shí)可能產(chǎn)生各種焊接缺陷，從而影響焊接件的力學(xué)性能。因此焊接是一種比較容易出現(xiàn)缺陷的熱加工工藝。

金山某化工廠的在役壓力容器R2204A聚合反應(yīng)器標(biāo)稱為II類(lèi)容器，材質(zhì)為316L超低碳奧氏體不銹鋼，容器規(guī)格Φ5060×22 mm，運(yùn)行介質(zhì)為有機(jī)催化劑，設(shè)計(jì)溫度200℃，業(yè)主方未提供其他有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。該壓力容器主要由筒體和上下封頭組成，筒體為鋼板卷曲為圓筒狀后焊接而成，上下封頭則為多塊鋼板拼焊后冷壓制成橢圓形，最后筒體與上下封頭通過(guò)環(huán)形焊縫焊接而成，具體的焊接工藝不詳。在2009年12月國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司按照《在用壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定及業(yè)主方的委托，對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行了定期無(wú)損檢測(cè)和金相檢驗(yàn)，檢測(cè)部位見(jiàn)圖1，包括橢圓形下封頭拼接鋼板的兩條縱向焊縫和一條筒體與封頭連接的丁字焊縫，圖中所示的1#、2#和3#依次為這三條焊縫上的現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)的取樣部位。

圖1 壓力容器的檢測(cè)部位示意圖

Figure 1 Schematic diagram of pressure vessel inspection part 在對(duì)這三條焊縫進(jìn)行滲透檢測(cè)時(shí)，表面均未出現(xiàn)記錄性缺陷顯示。滲透檢測(cè)對(duì)表面缺陷的檢出靈敏度一般為1mm寬，低于這一尺寸的缺陷一般難以通過(guò)滲透檢驗(yàn)檢出。在滲透檢驗(yàn)的焊縫中黑色區(qū)域?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)的取樣部位，如圖2所示。

a． 縱向焊縫的滲透檢測(cè)及金相檢驗(yàn)的1#取樣部位

a.Penetration test and metallographic examination of No.1 sampling part on longitudinal weld

b． 丁字焊縫的滲透檢測(cè)及金相檢驗(yàn)的3#取樣部位

b.Penetration test and metallographic examination of No.3 sampling part on T-weld 圖2 焊縫的滲透檢測(cè)及金相檢驗(yàn)取樣部位

Figure 2 Penetration test and metallographic examination sampling part on weld 現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)封頭上的兩條縱縫（1#、2#取樣部位）的熔合線靠近母材側(cè)存在微裂紋，裂紋形貌如圖3所示。

a.100倍 a.100X

b.400倍 b．400X

圖3 縱向焊縫處的裂紋形貌

Figure 3 The cracks morphology of the longitudinal weld

檢測(cè)結(jié)果交給業(yè)主方后，按照《在用壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》的安全狀況等級(jí)評(píng)定有關(guān)內(nèi)容，將該壓力容器的安全狀況等級(jí)降為4級(jí)。由于無(wú)法對(duì)在役壓力容器進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，《在用壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》中所要求的檢測(cè)方法主要包括無(wú)損檢測(cè)、硬度測(cè)定、金相檢驗(yàn)、應(yīng)力測(cè)定和耐壓試驗(yàn)等，而作為一種重要的分析手段，現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)對(duì)壓力容器的完整性影響極小，可以在不破壞其使用的情況下研究材料的微觀組織變化，分析和推測(cè)這臺(tái)壓力容器產(chǎn)生微裂紋的產(chǎn)生原因，故對(duì)其的微裂紋成因分析主要借助于金相分析。裂紋的成因分析 1.1 橫向裂紋的成因

1.1.1 各區(qū)域金相組織的差異

焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和母材熱影響區(qū)三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域的組織和力學(xué)性能差異較大。從圖3可以看出，該焊接接頭的焊縫組織為奧氏體柱狀晶；在100倍的金相照片上可觀察到，其熔合線上方有較寬的黑色條狀區(qū)域，說(shuō)明熔合區(qū)存在較嚴(yán)重的偏析和雜質(zhì)聚集，這種化學(xué)成分的不均勻性會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能?chē)?yán)重下降，其組織為奧氏體柱狀晶+枝晶；熔合線下方為母材熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)，組織為較粗大的奧氏體孿晶。焊接接頭上的微裂紋多位于熔合區(qū)附近，向母材熱影響區(qū)沿晶擴(kuò)展，一定數(shù)量的垂直于焊縫的橫向裂紋與少量平行焊縫但尚未貫穿的縱向裂紋構(gòu)成一條混合型裂紋帶。

1.1.2 液化裂紋的形成機(jī)理

在母材與焊縫交界處，即熔合區(qū)或多層焊縫層間的金屬由于在焊接過(guò)程中快速加熱和快速冷卻，且往往在晶間還存在低熔點(diǎn)合金和夾雜物，容易發(fā)生局部熔化而形成沿晶擴(kuò)展的裂紋，這種裂紋稱為液化裂紋 [1]。

圖4 液化裂紋示意圖

Figure 4 Schematic diagram of liquid cracks

從縱向焊縫的金相照片中觀察到，該焊接接頭的熔合區(qū)過(guò)寬、低熔點(diǎn)共晶體偏析嚴(yán)重說(shuō)明化學(xué)成分控制不佳，這些都對(duì)液化裂紋的形成產(chǎn)生了重要影響。結(jié)合微裂紋的形貌特征，認(rèn)為其中的橫向裂紋主要是焊接熱裂紋中的液化裂紋，呈沿晶開(kāi)裂方式產(chǎn)生在熔合區(qū)附近，向母材熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)發(fā)展，如圖4所示。

1.2 縱向裂紋的成因

縱向裂紋源于應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂，該壓力容器的封頭采用拼板焊接后再壓制成型工藝，在焊接完成后，內(nèi)部容易產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形。當(dāng)焊接后再進(jìn)行封頭壓制成型時(shí)，焊接殘余應(yīng)力與冷壓成型應(yīng)力相疊加，造成焊縫局部區(qū)域應(yīng)力過(guò)高，使焊縫產(chǎn)生新的塑性變形，故誘發(fā)了縱向裂紋。關(guān)于焊接殘余應(yīng)力和冷壓成型應(yīng)力的具體分析如下：

1.2.1 焊接殘余應(yīng)力

由于焊接過(guò)程是局部加熱，焊接件各部分不能同步加熱和冷卻，也不能自由膨脹和收縮。在加熱時(shí)，焊縫金屬及其附近區(qū)域的母材受周?chē)浣饘俚木惺荒茏杂膳蛎浂艿剿苄詨嚎s；在冷卻后不能自由收縮而受拉應(yīng)力，同時(shí)還可能發(fā)生焊接變形[2]。這種冷卻后的拉應(yīng)力如果不經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)娜?yīng)力處理便會(huì)成為焊接殘余應(yīng)力，影響焊接構(gòu)件的承載能力。

但對(duì)于奧氏體不銹鋼，一般不宜進(jìn)行去應(yīng)力處理。因?yàn)閵W氏體不銹鋼如果在500~850℃左右溫度下熱處理時(shí)易發(fā)生敏化，析出Cr23C6型碳化物[3]，導(dǎo)致不銹鋼的沖擊韌性以及耐腐蝕性能大大下降，甚至誘發(fā)再熱裂紋。顯然，焊接后未進(jìn)行去應(yīng)力處理的奧氏體不銹鋼便會(huì)有少量殘余應(yīng)力存在[4]，為垂直于焊縫方向的拉應(yīng)力。

1.2.2 冷壓成型應(yīng)力

該封頭的制造工藝主要為三塊奧氏體不銹鋼拼板縱向焊接而成，之后在壓制力F的作用下，封頭拼板受壓變形，最終達(dá)到所要求的形狀。壓制過(guò)程采用冷壓成型工藝，工藝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。

壓制力拼板焊縫

圖5 封頭壓制成型工藝示意圖

Figure 5 Schematic diagram of pressure molding process for lower head

在壓制過(guò)程中，在兩條縱向焊縫區(qū)域內(nèi)，外加壓制應(yīng)力會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力，其方向?yàn)榇怪庇诤缚p的拉應(yīng)力，如圖6所示。這種拉應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力相疊加，在力學(xué)性能最差的焊縫熔合區(qū)附近造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊縫熔合區(qū)內(nèi)塑性較差的區(qū)域出現(xiàn)大量微裂紋。

a.拼板縱向焊縫剖面示意圖

a.Schematic diagram of the section of longitudinal weld in splice plate

b.熔合區(qū)任一點(diǎn)應(yīng)力分析

b.Stress analysis of random point in the fusion zone

圖6 焊縫區(qū)域應(yīng)力分析 Figure 6 Stress analysis of weld

按照斷裂力學(xué)理論[5]，斷裂強(qiáng)度因子KI于含穿透裂紋的無(wú)限板，Y??Y?a，式中：Y表示裂紋形狀系數(shù)，對(duì)

?；?表示裂紋擴(kuò)展時(shí)受到的外加應(yīng)力值；a表示裂紋長(zhǎng)度。在已形成的微裂紋處，應(yīng)力集中程度最高，?一旦超過(guò)了微裂紋能夠承受的應(yīng)力值后就會(huì)使裂紋不斷向前擴(kuò)展，最終擴(kuò)展為大致與焊縫平行的縱向裂紋。裂紋的預(yù)防措施

根據(jù)此種裂紋的成因分析結(jié)果，我們建議業(yè)主加強(qiáng)對(duì)該臺(tái)容器的檢測(cè)頻率，重點(diǎn)跟蹤微裂紋的擴(kuò)展情況。同時(shí)，還為今后壓力容器封頭避免出現(xiàn)此類(lèi)裂紋，提出了以下預(yù)防措施：

2.1 嚴(yán)格控制化學(xué)成分

嚴(yán)格限制奧氏體不銹鋼焊接材料和母材中的硫、磷等低熔點(diǎn)雜質(zhì)元素的含量；改進(jìn)冶金技術(shù)，有效降低含碳量；適當(dāng)添加釩、鈦、鈮等微量元素。

2.2 控制焊接接頭質(zhì)量

業(yè)主方雖未能提供實(shí)際所采用的焊接工藝，但從焊縫金相照片上的熔合線過(guò)寬可推斷出焊接工藝存在問(wèn)題，故建議在焊接方面應(yīng)當(dāng)控制焊接工藝參數(shù)以適當(dāng)提高焊縫成形系數(shù)，一般不采用大熱輸入量進(jìn)行焊接。焊條電弧焊時(shí)，宜采用小焊接電流，快速多道焊，對(duì)于工藝要求高的焊縫，甚至可以采用澆冷水等措施以加速冷卻，防止焊縫晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大和焊接熱裂紋的形成。采用合理的焊接順序來(lái)減小焊接應(yīng)力，并控制焊接質(zhì)量。在焊接后或封頭壓制完成后可進(jìn)行低溫去應(yīng)力處理，溫度范圍控制在300~350℃，不宜超過(guò)450℃，以免析出高鉻碳化物造成晶界貧鉻，引起晶間腐蝕。同時(shí)在焊接過(guò)程中，應(yīng)采用氣體保護(hù)焊，避免其他雜質(zhì)進(jìn)入熔池。

2.3 優(yōu)化封頭制造工藝

隨著原材料加工工藝的進(jìn)步以及寬大的鋼板制造能力的提高，以上的拼板焊接壓制的封頭制造工藝已經(jīng)逐漸淘汰，而采用更先進(jìn)的獨(dú)幅板材壓制成型技術(shù)來(lái)制造大型壓力容器的封頭。這種更先進(jìn)的封頭制造工藝以及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地避免焊接和冷壓成型過(guò)程的應(yīng)力集中問(wèn)題。結(jié)論

綜上所述，該容器的封頭拼板焊縫由于焊縫熔合區(qū)的化學(xué)成分控制不佳，存在嚴(yán)重偏析和夾雜物，使力學(xué)性能下降，從而增加了橫向的液化裂紋傾向；同時(shí)受到冷壓成型應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力的聯(lián)合作用，在熔合區(qū)應(yīng)力集中引發(fā)了縱向裂紋，一定數(shù)量的橫向裂紋與少量尚未貫穿的縱向裂紋構(gòu)成了一條混合型裂紋帶。

參考文獻(xiàn) [1]王榮.焊接件的金相檢驗(yàn)[M]// 徐祖耀,黃立本,鄢國(guó)強(qiáng)主編, 中國(guó)材料工程大典: 第26卷,材料表征與檢測(cè)技術(shù), 第7篇, 金相分析.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006;740~747.[2]王志海主編.熱加工工藝基礎(chǔ)[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 1996;174~179.[3]楊力.不銹鋼、耐熱鋼及高溫合金的金相檢驗(yàn)[M]// 徐祖耀,黃立本,鄢國(guó)強(qiáng)主編, 中國(guó)材料工程大典:第26卷, 材料表征與檢測(cè)技術(shù), 第7篇, 金相分析.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006;719~722.[4]戈兆文主編.承壓設(shè)備焊接工程師[M].昆明:云南科技出版社, 2004;105.[5]褚武揚(yáng)編著.斷裂力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社, 1978;11.

第二篇：焊接裂紋的形成機(jī)理與預(yù)防措施

焊接裂紋的形成機(jī)理與預(yù)防措施

1、產(chǎn)生焊接冷裂紋的原因

焊接冷裂紋在焊后較低的溫度下形成。由于這種裂紋形成與氫有關(guān)，且有延遲開(kāi)裂的特點(diǎn)，因此又稱之為焊接氫致裂紋或延遲裂紋。

產(chǎn)生焊接冷裂紋的三個(gè)必要條件：

（1）氫。氫的主要來(lái)源是焊材中的水分和焊接區(qū)域中的油污、鐵銹、水以及大氣中的水汽等。這些水、鐵銹或有機(jī)物經(jīng)焊接電弧的高溫?zé)嶙饔梅纸獬蓺湓佣M(jìn)入焊接熔池中。在焊接過(guò)程中氫除向大氣中擴(kuò)散外，余下的在焊縫中呈過(guò)飽和狀態(tài)，即在焊縫中存在著擴(kuò)散氫。根據(jù)氫脆理論，這種擴(kuò)散氫將向應(yīng)變集中區(qū)（如微裂紋或缺口尖端附近）擴(kuò)散，當(dāng)該區(qū)的氫濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，裂紋便繼續(xù)擴(kuò)展。

（2）應(yīng)力。依據(jù)目前國(guó)內(nèi)及國(guó)際的施工水平，在球罐的組裝過(guò)程中總會(huì)存在或多或少的強(qiáng)力組對(duì)，所以在組裝完成后便存在著內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力在焊后整體熱處理完成后也不可能完全消除。再加上球罐焊接是一個(gè)局部加熱過(guò)程，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變的循環(huán)，因此球罐焊接后必然存在殘余應(yīng)力。

（3）組織。焊接熱影響區(qū)組織中過(guò)硬的馬氏體含量越多越容易產(chǎn)生冷裂紋。

3、防止產(chǎn)生焊接冷裂紋的措施

（1）盡量選用對(duì)冷裂紋不敏感的材料選用內(nèi)在質(zhì)量好的母材。即選用碳當(dāng)量低的優(yōu)質(zhì)鋼材，尤其是避免母材大型夾渣。所以在球殼板制造前必須對(duì)板材進(jìn)行嚴(yán)格的超聲波檢查，對(duì)有嚴(yán)重夾層等缺陷的鋼材不得使用。

（2）盡量減少氫的來(lái)源。第一，球罐的焊接選用低氫型焊條，必要時(shí)要采用超低氫型的焊條；第二，焊條使用前一定要按產(chǎn)品使用說(shuō)明進(jìn)行烘干，并貯存在100～150℃的恒溫箱中，在使用時(shí)放入保溫筒內(nèi)并隨用隨取，在保溫筒內(nèi)存放時(shí)間不得超過(guò)4h，否則要按原烘干溫度重新烘干，重復(fù)烘干不得超過(guò)兩次；第三，要徹底去除焊接坡口表面及坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、水分，、鐵銹及其他雜物；第四，不在雨雪天及空氣相對(duì)濕度大于90%時(shí)施焊；第五，采取有效的防風(fēng)措施，以防止吹弧，使焊接熔池得到有效的隔離保護(hù)。

（3）選用適當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度降低了焊縫冷卻速度，可使氫更易從焊縫熔池向大氣中擴(kuò)散，減少了焊縫中擴(kuò)散氫含量，并且可以降低焊接區(qū)的溫度梯度和焊縫的冷卻速度，盡量減少馬氏體的含量，減小溫差應(yīng)力。預(yù)熱溫度應(yīng)通過(guò)工藝評(píng)定來(lái)確定，預(yù)熱范圍一般為坡口兩側(cè)三倍球殼板厚度且不小于100mm。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)還應(yīng)增大預(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍。對(duì)縱縫應(yīng)整條焊縫同時(shí)預(yù)熱，不能分段預(yù)熱。

（4）選用適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟群秃鬅釙r(shí)間。隨著焊接層數(shù)的增多，焊縫中擴(kuò)散氫會(huì)逐漸積累。因此焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱，使擴(kuò)散氫有充分的時(shí)間溢出，同時(shí)還可以降低焊縫中的殘余應(yīng)力，減少冷裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。

（5）焊接過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)膶娱g溫度，適當(dāng)?shù)膶娱g溫度也能延緩焊縫的冷卻時(shí)間，起到一定的去氫和降低殘余應(yīng)力的作用，層間溫度不得低于預(yù)熱溫度下限值。

（6）采用合適的線能量。若焊接線能量過(guò)小，焊縫熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，再加上擴(kuò)散氫的作用，焊縫容易產(chǎn)生冷裂紋；若線能量過(guò)大又會(huì)使焊縫熱影響區(qū)的軟化區(qū)寬度增加，使焊縫缺口的韌性降低，球罐整體的機(jī)械性能下降。

焊接缺陷是影響焊接質(zhì)量最直接的原因，而焊接裂紋作為最難解決的焊接缺陷之一，在焊管生產(chǎn)中時(shí)有出現(xiàn)。

焊接裂紋有橫向裂紋和縱向裂紋兩種，其中縱向裂紋為可見(jiàn)典型裂紋斷口，帶圓弧的光滑自由面，有時(shí)有氧化物，電子探針發(fā)現(xiàn)沒(méi)其他夾雜物。預(yù)防措施為：

1冶金因素

控制焊縫中S、P、C含量，是提高抗裂性、減少結(jié)晶裂紋的有效措施。在焊管生產(chǎn)中，選擇合適的焊絲、焊劑，有效控制其S、P、C含量，使減少焊縫縱向裂紋的有效措施。

2接頭坡口形式 合適的焊接坡口是減少焊接裂紋的有效措施，當(dāng)卷板較厚，板位控制難時(shí)會(huì)增加裂紋成形幾率，提高對(duì)頭質(zhì)量，盡量使鋼管在成型過(guò)程中產(chǎn)生較小的殘余應(yīng)力，能減少結(jié)晶裂紋。

3工藝因素

減少熱輸入，能在焊縫中形成較小晶粒尺寸組織；降低焊接速度，可以使晶粒的端部并列長(zhǎng)大擠壓在一起，避免偏析集中；此外寬焊縫相對(duì)窄焊縫能防止晶粒長(zhǎng)大直接鵬在一起，避免偏析集中。

焊接橫向裂紋，其走向垂直于焊縫，具有沿晶和穿晶特點(diǎn)，預(yù)防措施為：

1冶金方面

1）要保證板材優(yōu)良的力學(xué)性能，保證強(qiáng)度和韌性要求，盡量減少鋼中雜質(zhì)；

2）盡量選用低氫和高強(qiáng)度、高韌性的焊接材料，選用合適的焊絲、焊劑匹配，嚴(yán)格清理焊絲和焊接區(qū)域，烘干焊劑。

2工藝方面

1）焊接線能量過(guò)大，會(huì)使近縫區(qū)晶粒粗大；線能量過(guò)小，會(huì)使熱影響區(qū)淬硬，這些都導(dǎo)致橫向裂紋產(chǎn)生，應(yīng)選擇合適的焊接線能量；

2）預(yù)熱可降低冷卻速度，有效防止橫向裂紋產(chǎn)生；

3）焊后延緩冷卻可使氫充分逸出，也能防止焊縫橫向裂紋產(chǎn)生

焊接是利用加熱或加壓等手段，使分離的兩部分金屬，借助于原子的擴(kuò)散與結(jié)合而形成原子間永久性連接的工藝方法。焊接方法的種類(lèi)很多，根據(jù)實(shí)現(xiàn)金屬原子間結(jié)合的方式不同，可分為熔化焊、壓力焊和釬焊3大類(lèi)。

焊接方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）成形方便：焊接方法靈活多樣，工藝簡(jiǎn)便；在制造大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和零件時(shí)，可采用鑄焊、鍛焊方法，化大為小，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，再逐次裝配焊接而成。

（2）適應(yīng)性強(qiáng)：采用相應(yīng)的焊接方法，不僅可生產(chǎn)微型、大型和復(fù)雜的金屬構(gòu)件，也能生產(chǎn)氣密性好的高溫、高壓設(shè)備和化工設(shè)備；此外，采用焊接方法，還能實(shí)現(xiàn)異種金屬或非金屬的連接。

（3）生產(chǎn)成本低：與鉚接相比，焊接結(jié)構(gòu)可節(jié)省材料10%～20%，并可減少劃線、鉆孔、裝配等工序。另外，采用焊接結(jié)構(gòu)能夠按使用要求選用材料。在結(jié)構(gòu)的不同部位，按強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫等要求選用不同材料，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

焊接電弧是電極與工件之間的強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。

電弧的構(gòu)造：焊接電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)3部分組成。

采用直流弧焊機(jī)焊接時(shí)有正接法與反接法之分，正接是將工件接電源正極，焊條接負(fù)極；反接是將工件接電源負(fù)極，焊條(或電極)接正極。

用鋼焊條焊接工件時(shí)，陽(yáng)極區(qū)溫度約為2600K，陰極區(qū)溫度約為2400K，電弧中心區(qū)溫度最高，可達(dá)6000～8000K。

焊條電弧焊時(shí)，對(duì)焊接電源的基本要求有：（1）具有陡降的特性；

（2）具有一定的空載電壓以滿足引弧的需要，一般為50～90V；（3）限制適當(dāng)?shù)亩搪冯娏?，以保證焊接過(guò)程頻繁短路時(shí)，電流不致無(wú)限增大而燒毀電源。短路電流一般不超過(guò)工作電流的1.25～2倍。

常用焊接電源的類(lèi)型有交流弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)和交、直流兩用弧焊機(jī)。

四、焊接冶金過(guò)程有何特點(diǎn)？焊接過(guò)程中為什么要對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)？

焊接冶金過(guò)程特點(diǎn)：電弧焊時(shí)，被熔化的金屬、熔渣、氣體三者之間進(jìn)行著一系列物理化學(xué)反應(yīng)，如金屬的氧化與還原，氣體的溶解與析出，雜質(zhì)的去除等。因此，焊接熔池可以看成是一座微型冶金爐。但是，焊接冶金過(guò)程與一般的冶煉過(guò)程不同，主要有以下特點(diǎn)。

（1）冶金溫度高：容易造成合金元素的燒損與蒸發(fā)；

（2）冶金過(guò)程短：焊接時(shí)，由于焊接熔池體積小(一般2～3cm3)，冷卻速度快，液態(tài)停留時(shí)間短(熔池從形成到凝固約10s)，各種化學(xué)反應(yīng)無(wú)法達(dá)到平衡狀態(tài)，在焊縫中會(huì)出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的偏析現(xiàn)象。

（3）冶金條件差：焊接熔池一般暴露在空氣中，熔池周?chē)臍怏w、鐵銹、油污等在電弧的高溫下，將分解成原子態(tài)的氧、氮等，極易同金屬元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成的氧化物、氮化物混入焊縫中，使焊縫的力學(xué)性能下降；空氣中水分分解成氫原子，在焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂縫等缺陷，會(huì)出現(xiàn)“氫脆”現(xiàn)象。上述情況將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，因此，必須采取有效措施來(lái)保護(hù)焊接區(qū)，防止周?chē)泻怏w侵入金屬熔池。

（7）防止強(qiáng)力組對(duì)。在球罐組對(duì)過(guò)程中選用合適的工藝和組裝機(jī)具，盡量避免強(qiáng)力組對(duì)。強(qiáng)力組對(duì)將使球罐在焊接前就存在強(qiáng)大的附加內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在焊后也不可能完全消除。

（8）減小錯(cuò)邊和角變形。在錯(cuò)邊和角變形存在的部位，曲率發(fā)生了突變，所以焊后將會(huì)存在強(qiáng)大的殘余內(nèi)應(yīng)力。

（9）采用合理的焊接順序。當(dāng)采用合理的順序焊接時(shí)，整臺(tái)球罐將同時(shí)對(duì)稱地收縮或膨脹，這樣能控制焊接變形，減小焊接殘余應(yīng)力。球罐焊接應(yīng)遵循先縱縫后環(huán)縫，先大坡口后小坡口，先赤道后溫帶最后極帶的原則，而且焊工應(yīng)對(duì)稱、均勻施焊。球罐焊縫的打底焊要采用分段退焊法，分段長(zhǎng)度為600～700mm。

（10）避免工藝缺陷的產(chǎn)生。咬邊、未焊透、長(zhǎng)條狀?yuàn)A渣等工藝缺陷部位是應(yīng)力集中區(qū)，這些部位容易產(chǎn)生冷裂紋。

（11）確保封底焊縫的質(zhì)量，封底焊縫要自上而下焊接，不能采用擺動(dòng)、為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

3.1控制溫度的措施如下：

3.1.1采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中水泥用量；

3.1.2拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

3.1.3熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

3.1.4在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；

3.1.5規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；

3.1.6施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

3.2改善約束條件的措施是：

3.2.1合理地分縫分塊；

3.2.2避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏；

3.2.3合理地安排施工工序，避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。

此外，改善混凝土的性能提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土心早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就在導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力，具有顯著效果。

加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7—15倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力過(guò)到抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò)100—200kg/cm.因此，在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與嘗試較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)，對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)量屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。

挑弧、滅弧的施焊方法

目前，砌體結(jié)構(gòu)的房屋出現(xiàn)各種型式的裂縫，非常常見(jiàn)。其裂縫程度輕重不一，差別很大。輕則影響房屋正常使用和美觀，嚴(yán)重的將形成結(jié)構(gòu)安全隱患，甚至發(fā)生工程事故。隨著住宅商品化的發(fā)展，房屋裂縫問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。

砌體屬于脆性材料，裂縫的存在降低了墻體的質(zhì)量，如整體性、耐久性和抗震性能，同時(shí)墻體的裂縫給居住者在感觀上和心理上造成不良影響。特別是隨著我國(guó)墻改、住房商品化的進(jìn)展，人們對(duì)居住環(huán)境和建筑質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)建筑物墻體裂縫的控制的要求更為嚴(yán)格。由于建筑物的質(zhì)量低劣，如墻體裂縫、滲漏等涉及的糾紛或官司也越來(lái)越多，建筑物的裂縫已成為住戶評(píng)判建筑物安全的一個(gè)非常直觀、敏感和首要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)，特別是新材料砌體結(jié)構(gòu)的抗裂措施，已成為工程量、國(guó)家行政主管部門(mén)，以及房屋開(kāi)發(fā)商共同關(guān)注的課題。

磚砌體結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

1、溫差變形引發(fā)的磚砌體裂縫

這類(lèi)裂縫較典型和普遍的是建筑物(特別是那些縱向較長(zhǎng)的)頂層兩端內(nèi)外縱墻上的斜裂縫，其形態(tài)呈“八”字或“X”型，且顯對(duì)稱性，但有時(shí)僅一端有，輕微者僅在兩端1～2個(gè)開(kāi)間內(nèi)出現(xiàn)，嚴(yán)重者會(huì)發(fā)展至房屋兩端1/3縱長(zhǎng)范圍內(nèi)，并由頂層向下幾層發(fā)展。此類(lèi)型縫對(duì)那種剛性屋面平屋頂、未設(shè)變形縫、隔熱層的房屋，更易發(fā)生。產(chǎn)生的直接原因是混凝土結(jié)構(gòu)屋面的伸縮變形牽引其下磚砌體超過(guò)其材料抗拉強(qiáng)度的結(jié)果。具體的機(jī)理可認(rèn)為是：在陽(yáng)光照射下(特別是南方地區(qū))屋面板溫度可高達(dá)60～70℃，而在其下的磚砌體僅為30～35℃，如此大的溫差，加上混凝土線膨脹系數(shù)比磚砌體近似大一倍，可計(jì)算出砌體中的主拉應(yīng)力。

2、地基基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

一般在建筑物下部，由下往上發(fā)展，呈“八”字、倒“八”字、水平及豎縫。當(dāng)長(zhǎng)條形的建筑物中部沉降過(guò)大，則在房屋兩端由下往上形成正“八”字縫，且首先在窗對(duì)角突破；反之，當(dāng)兩端沉降過(guò)大，則形成的兩端由下往上的倒摪藬字縫，也首先在窗對(duì)角突破，還可在底層中部窗臺(tái)處突破形成由上至下豎縫；當(dāng)某一端下沉過(guò)大時(shí)，則在某端形成沉降端高的斜裂縫；當(dāng)縱橫墻交點(diǎn)處沉降過(guò)大，則在窗臺(tái)下角形成上寬下窄的豎縫，有時(shí)還有沿窗臺(tái)下角的水平縫；當(dāng)外縱墻凹凸設(shè)計(jì)時(shí)，由于一側(cè)的不均勻沉降，還可導(dǎo)致在此處產(chǎn)生水平推力而組成力偶，從而導(dǎo)致此交接處的豎縫。對(duì)于不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫應(yīng)以預(yù)防為主，即無(wú)地質(zhì)勘察資料嚴(yán)禁做施工圖設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按圖施工，不得擅自更改、任意處理，根據(jù)本地區(qū)通病，如能在那些開(kāi)大窗洞的教學(xué)樓底層窗臺(tái)下設(shè)置構(gòu)造圈梁與地梁構(gòu)成剛度較大的復(fù)合墻梁結(jié)構(gòu)，對(duì)防止所述裂縫有明顯效果。

3、特殊砌體材料產(chǎn)生的裂縫

如混凝土小型空心砌塊、灰砂磚等的砌體，前者致裂的主要原因是豎縫砂漿難以飽滿以及特殊的構(gòu)造要求未能跟上。后者一般使用南方地區(qū)蒸壓灰砂磚，由于其本身對(duì)溫差敏感、表面光滑等特殊性，雖然外觀、尺寸指標(biāo)均較好，但在實(shí)際使用中對(duì)嚴(yán)格的灰砂磚砌體施工規(guī)程不熟悉，缺少使用經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致除存在粘土磚常見(jiàn)裂縫外，還常見(jiàn)在較長(zhǎng)墻段中及外墻窗臺(tái)下的豎斜裂縫。

其機(jī)理可以認(rèn)為：

1、剛出廠的灰砂磚穩(wěn)定性差?；疑按u主要由細(xì)砂和石灰組成，蒸壓養(yǎng)護(hù)后，一般不到一周即已出廠，但根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，灰砂磚在出廠的一月內(nèi)其釋放的熱量較大，存在著反復(fù)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，而且實(shí)際上一時(shí)難以完全反應(yīng)，因此，體積極不穩(wěn)定。

2、對(duì)含水率有苛刻的要求，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料和使用經(jīng)驗(yàn)表明，含水率控制在7%～10%之間砌體可獲得較好的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度，否則影響明顯。

第三篇：鉻鉬鋼焊接延遲裂紋分析（最終版）

鉻鉬鋼焊接延遲裂紋產(chǎn)生原因分析

這次檢修焊接合格率出現(xiàn)問(wèn)題主要是在鉻鉬耐熱鋼Cr5Mo和15CrMo上，鉻鉬鋼焊接在我公司并不是新材料的焊接，而是有20幾年的歷史了，是比較成熟的焊接工藝。但是這次焊接施工不論是預(yù)制和安裝都出現(xiàn)了大量的裂紋，以往是沒(méi)有這樣的結(jié)果的。通過(guò)這次的教訓(xùn)的確要總結(jié)一些問(wèn)題來(lái)進(jìn)行分析。

一、從焊接工藝來(lái)分析：鉻鉬鋼Cr5Mo和15CrMo在退火狀態(tài)下是珠光體，而在淬火狀態(tài)下是馬氏體，在焊接時(shí)在沒(méi)有預(yù)熱和緩冷的情況下焊接熔池快速形成、快速冷卻，焊縫組織二次相變就停留在馬氏體區(qū)間內(nèi)，大家知道馬氏體屬于淬硬組織，在冷卻過(guò)程中受焊接應(yīng)力作用和時(shí)效作用下很容易產(chǎn)生冷裂紋，所以焊前預(yù)熱，保證焊間溫度和焊后緩冷是非常必要的。我公司的鉻鉬鋼的焊接工藝評(píng)定規(guī)范是沒(méi)有問(wèn)題的，15CrMo鋼，焊前預(yù)熱150~200℃，層間溫度150~200℃，焊后加熱200℃后用保溫石棉包裹緩冷；Cr5Mo焊前預(yù)熱350~400℃，層間溫度350~400℃，焊后加熱300~350℃后用保溫石棉包裹緩冷，再等焊后熱處理.這都是鉻鉬鋼常規(guī)工藝要求。而我門(mén)出現(xiàn)裂紋這么多問(wèn)題是為什么呢？是執(zhí)行焊接工藝不嚴(yán)謹(jǐn)而造成的，預(yù)熱溫度焊工應(yīng)該都是作到了，而層間就沒(méi)有做到那樣嚴(yán)謹(jǐn)，填充蓋面時(shí)中途喝喝水抽抽煙或中午吃飯放到下午再焊，沒(méi)有加熱也就焊完了，焊后也沒(méi)有加熱緩冷，包裹石棉布也不是很?chē)?yán)實(shí)等，還有就是流水性作業(yè)搶進(jìn)度，幾道焊縫氬弧焊全打完底后再填充蓋面焊接，層間溫度肯定是不能保證的。這都是造成裂紋的直接原因；要說(shuō)前期預(yù)制對(duì)工藝的疏忽，出現(xiàn)焊接裂紋質(zhì)量問(wèn)題后，后期現(xiàn)場(chǎng)安裝按說(shuō)已經(jīng)嚴(yán)格了工藝措施，但還是出現(xiàn)裂紋，我是認(rèn)為現(xiàn)在安裝時(shí)還是在加熱溫度上有偏差，畢竟火焰加熱是沒(méi)有控制溫度定量的，也不是每個(gè)隊(duì)伍有測(cè)溫儀可以用上的，室外的管道加熱后，冷卻速度也是比較快的，檢修期間天氣也不好下幾天雨，濕度也比較高,造成氫致裂紋。還有些焊接位置比較復(fù)雜如水坑下焊接對(duì)于連續(xù)焊接造成時(shí)間延長(zhǎng)影響層間溫度下降的因素。這都是原因。

二、從焊接材料來(lái)分析：焊接材料對(duì)于焊接質(zhì)量影響是非常大的，這次檢修鉻鉬鋼前期用熱系列焊材，由于返工問(wèn)題后工期使用奧氏體A307焊條，這在工藝上都是可行的，只是執(zhí)行工藝到不到位而已。但不同的廠家的產(chǎn)品優(yōu)劣卻相差很大，除操作不當(dāng)外，焊材造成缺陷程度也不同.記得前年在長(zhǎng)煉焊鉻鉬鋼在使用天津金橋焊條，幾個(gè)公司的焊接合格率都96%以上，不料市場(chǎng)斷貨后改用珠州的焊條全部合格率都下降在40%左右，缺陷也是很多的裂紋，我們緊急求援自己公司，寄來(lái)庫(kù)存金橋焊條才又使焊接質(zhì)量提上去，沒(méi)有改焊條廠家的其他公司質(zhì)量就是起不來(lái)。這說(shuō)明不同廠家焊材是有區(qū)別的，所使用焊接鋼材和藥皮的制作工藝有差別。這次在催化檢修尾期進(jìn)的A307焊條就有問(wèn)題，焊接時(shí)成型差，還大塊大塊掉藥皮，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。建議公司以后對(duì)于焊材在進(jìn)料前作焊接材料鑒定，來(lái)選定焊材廠家。

三、從焊前焊件裝配分析：前年焦化檢修四道15CrMo，直徑377mm焊縫，由于焊接盲目進(jìn)行，沒(méi)有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊前分析，焊縫強(qiáng)力組對(duì)，焊接工藝也執(zhí)行也不嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)果造成焊縫產(chǎn)生裂紋，以至于泄露。今年檢修特別是現(xiàn)場(chǎng)，為了搶進(jìn)度忽視了組對(duì)質(zhì)量，有些焊縫組對(duì)間隙大得撐進(jìn)手指小又沒(méi)有縫隙和錯(cuò)邊是非常嚴(yán)重的，這給焊工施焊帶來(lái)極大困難，縫過(guò)大容易焊瘤焊穿，產(chǎn)生的冷縮應(yīng)力也是很大的，在打底較薄時(shí)冷卻過(guò)快很容易產(chǎn)生裂紋；縫隙過(guò)小對(duì)于鉻鉬耐熱鋼用奧氏體焊材作填充釬料是是不利的，增加了母鋼在焊縫中的融合比，使焊縫中奧氏體金屬和母材之間的熔合區(qū)形成一個(gè)比較厚而高硬度的含碳化鉻的夾層，在冷卻過(guò)快時(shí)就很容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，就算是當(dāng)時(shí)合格，在以后長(zhǎng)時(shí)間在溫變作用下，碳化鉻晶粒組織和奧氏體晶粒組織膨脹系數(shù)不一樣，這樣兩種組織間會(huì)產(chǎn)生間隙，也就是裂紋，在交變溫差中裂紋會(huì)延長(zhǎng)，從而減少焊縫服役壽命。錯(cuò)邊是焊接應(yīng)力集中位置，和焊接咬邊同時(shí)作用下會(huì)產(chǎn)生疊加應(yīng)力，應(yīng)力峰值可能達(dá)到最高，極易使焊縫產(chǎn)生融合區(qū)斷裂。焊縫在處于臨界溫度時(shí)更加出現(xiàn)無(wú)法料到的裂紋。所以對(duì)于鉻鉬鋼焊接，無(wú)論什么鋼材的焊接，焊縫的組對(duì)的質(zhì)量是影響焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素。焊工要對(duì)自己的焊縫質(zhì)量負(fù)責(zé)，也一定對(duì)焊縫有一定的要求，不要再不計(jì)后果的焊接，也不要為了搶進(jìn)度方便了別人可能苦了了自己，讓自己的勞動(dòng)成果白白流失。

四、從焊接環(huán)境分析：今年的檢修連連降雨，對(duì)于鉻鉬鋼焊接很不利的，濕度比較大，加上有風(fēng)，使焊縫的溫度下降較快，焊條吸潮加快，在激烈的焊接冶煉過(guò)程中混入的水分子分解成氫、氧離子，而氫離子以游離狀態(tài)溶入液態(tài)金屬中，在熔池結(jié)晶冷卻過(guò)程中，氫離子析出聚集在晶界間或缺陷內(nèi)（如氣孔、夾渣空隙內(nèi)）在冷縮應(yīng)力下形成高內(nèi)壓，從而造成晶界開(kāi)裂也就是氫致裂紋，是產(chǎn)生裂紋的一個(gè)重點(diǎn)因素。

五、從焊接管理來(lái)分析：目前工作中焊接技術(shù)管理，焊接質(zhì)量放在了靠無(wú)損檢測(cè)來(lái)保證。當(dāng)焊接質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，焊接人員不會(huì)致力于找焊接缺陷的形成原因，如何改進(jìn)焊接工藝過(guò)程等問(wèn)題，而關(guān)心的是檢驗(yàn)人員的一句“合格”，探傷人員發(fā)現(xiàn)缺陷后，下達(dá)缺陷返修通知單，焊工返修后，然后再探傷，如再不合格再返修，直到檢驗(yàn)人員認(rèn)為“合格”為止。至于焊接工藝過(guò)程，也不嚴(yán)格執(zhí)行，外觀檢驗(yàn)、焊接質(zhì)量評(píng)定等工作有時(shí)也無(wú)專人負(fù)責(zé)，實(shí)際上已不復(fù)存在。監(jiān)督部門(mén)一直要求的無(wú)損檢測(cè)制度雖一直嚴(yán)格執(zhí)行，但起到的“保證焊接質(zhì)量”的作用卻不盡人意。

傳統(tǒng)的焊接質(zhì)量評(píng)定是以無(wú)損檢驗(yàn)一次合格率作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)。然而對(duì)于目前正在大量應(yīng)用的耐熱鋼而言，由于其焊接裂紋傾向大，焊縫和熱影響區(qū)性能對(duì)工藝敏感性大，因此對(duì)焊接接頭合格率除包含無(wú)損檢驗(yàn)一次合格率外，還應(yīng)包含“使用性能合格”，也就是說(shuō)，即使該焊縫當(dāng)時(shí)合格了，并不能說(shuō)明焊縫的內(nèi)部力學(xué)性能達(dá)到要求，而使用性能的合格是以焊接工藝作為技術(shù)支持的。因此在實(shí)際焊接過(guò)程中焊接人員要嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)定。綜上所述僅靠無(wú)損檢測(cè)來(lái)保證焊接質(zhì)量根本行不通，加強(qiáng)焊接技術(shù)管理工作勢(shì)在必行。

這次石化老催化檢修，發(fā)生了焊接工藝進(jìn)行操作的不嚴(yán)謹(jǐn)，鉻鉬鋼的焊接大量出現(xiàn)裂紋。

而催化塔201的焊接，復(fù)合板焊接，焊接不當(dāng)也是很容易在覆層馬氏體不銹鋼側(cè)出現(xiàn)焊接裂紋的，盡管是第一次接觸復(fù)合板焊接，但由于管理者和焊工都從思想上予以了高度重視，并嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，一次合格率達(dá)到100%。由此可以看出同是一項(xiàng)工作，焊接技術(shù)管理工作加強(qiáng)了，在同等無(wú)損檢測(cè)的條件下，焊接質(zhì)量有天地之別。諸如此類(lèi)的問(wèn)題在同一個(gè)工程中也體現(xiàn)得很明顯。如某個(gè)部件焊接過(guò)程中管理到位，一次合格率隨之提高，反之一塌糊涂。因此加強(qiáng)焊接技術(shù)管理工作，對(duì)焊接質(zhì)量的提高有著重要的意義。

六、從焊接人員來(lái)分析：改制的波動(dòng)和人事體制及待遇問(wèn)題造成了我公司人才的流失與不足。前幾年低谷期人才的流失以及后備力量補(bǔ)充不足致使在近期工程安裝和檢修工作進(jìn)行時(shí)，焊接技術(shù)人員和焊接特殊金屬焊工的短缺。，說(shuō)起來(lái)有60~70名焊工，其中有氣焊三分之一，合同工三分之一，和不在崗位上的工作的焊工和學(xué)徒，但真正能夠獨(dú)當(dāng)一面的只有上十個(gè)。由于人手的不夠，加上工程繁忙，焊前培訓(xùn)很難做到，往往以干代訓(xùn)或外聘焊工。加上焊工的待遇一直沒(méi)有體現(xiàn)特殊工種價(jià)值，對(duì)于工作都有一種消極的態(tài)度，有事就做，不積極認(rèn)真對(duì)待工作中出現(xiàn)的問(wèn)題。

七、針對(duì)這些實(shí)際工作當(dāng)中存在的問(wèn)題，我認(rèn)為焊接工作應(yīng)從如下幾方面入手：

1、焊工的培訓(xùn)：

1）

意識(shí)方面：加強(qiáng)焊接人員的技術(shù)培訓(xùn)同時(shí)，也要增強(qiáng)其責(zé)任心，提高其自身素質(zhì)，把所加工產(chǎn)品質(zhì)量與個(gè)人的榮譽(yù)結(jié)合起來(lái)。焊接人員還應(yīng)多參加焊接分析會(huì)，查找焊接缺陷的產(chǎn)生原因，改進(jìn)焊接工作，促進(jìn)焊接的技術(shù)革新和技術(shù)攻關(guān)。還有關(guān)鍵的是提高焊接人員的待遇。

2）

操作方面：要使每個(gè)焊接人員認(rèn)真學(xué)習(xí)焊接操作技能，并要在以后任何環(huán)境要對(duì)自己所掌握的操作方法并按焊接工藝要求嚴(yán)格進(jìn)行。

焊接人員并不是焊完了事，必須對(duì)自己每道焊縫認(rèn)真對(duì)待，焊前對(duì)焊縫的組對(duì)間隙要求要嚴(yán)格，影響焊縫質(zhì)量的組對(duì)，焊工要及時(shí)提出返工，直到可保證質(zhì)量要求為止、焊道焊前必須嚴(yán)格清理除銹除污、焊條的嚴(yán)格選用型號(hào)和控制干燥度；焊接過(guò)程中嚴(yán)格使用焊接參數(shù)，嚴(yán)格操作方法，焊渣的清理，如有缺陷馬上處理；焊后對(duì)焊縫外觀進(jìn)行自檢，并進(jìn)行表面清理。

3）

近期特別要針對(duì)耐熱鋼的焊接培訓(xùn)中，既要培訓(xùn)提高焊工的操作工藝，又要給焊工灌輸并理解執(zhí)行焊接工藝的必要性和重要性。查找焊接過(guò)程中存在的缺陷，改進(jìn)焊接工藝，使受訓(xùn)焊工在焊接理論、焊接技術(shù)上有一大的飛躍。

2、焊接技術(shù)人員：發(fā)揮其的作用，在過(guò)程管理中發(fā)揮更大的指導(dǎo)和監(jiān)督作用，不斷加強(qiáng)焊接工藝和焊接過(guò)程的工作。

3、焊接過(guò)程管理：

從過(guò)去“焊后”的無(wú)損檢驗(yàn)唯一標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)變?yōu)椤扒啊⒅?、后”，也就是說(shuō)： “焊前”準(zhǔn)備工作的監(jiān)督如：焊接材料的選用和控制，焊接環(huán)境的控制，焊件的組對(duì)控制，焊接前工藝的宣傳等； “焊中”過(guò)程如：執(zhí)行焊接工藝的過(guò)程是否執(zhí)行或脫節(jié)，是否嚴(yán)格按照焊接操作方法，無(wú)達(dá)到施焊要求就施焊等；“焊后”對(duì)外觀的檢驗(yàn)，無(wú)損檢驗(yàn)等

4、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)高度重視焊接的工作的重要性，為我們工作的開(kāi)展創(chuàng)造便利的條件。是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

第四篇：鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中裂紋和氣孔的形成原因及預(yù)防措施

鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中裂紋和氣孔的形成原因及預(yù)防措施 作者：陳臨泉

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司)摘要：本文通過(guò)闡述，詳細(xì)介紹了焊接施工中焊縫常見(jiàn)的裂紋與氣孔缺陷的分類(lèi)以及產(chǎn)生原因，從而深入淺出的為上述缺陷提出較為詳細(xì)的預(yù)防措施，并謹(jǐn)以此為焊接施工提供一點(diǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以供各位同行批評(píng)指正。

關(guān)鍵詞：熱裂紋冷裂紋氣孔產(chǎn)生原因防治措施 裂紋

它是焊接施工中比較普遍的而又十分嚴(yán)重的缺陷，它是在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部區(qū)域的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而使焊接面產(chǎn)生裂紋，實(shí)質(zhì)上，就是焊接后焊口在冷卻過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度所導(dǎo)致的裂紋。裂紋的分類(lèi)：裂紋的分法多，按其產(chǎn)生溫度可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋。按部位可以分為縱裂紋、橫裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熔合線裂紋等等。這里主要介紹一下冷裂紋和熱裂的產(chǎn)生、特點(diǎn)和預(yù)防。熱裂紋的產(chǎn)生及預(yù)防 熱裂紋的產(chǎn)生原因：

因?yàn)楹讣昂笚l內(nèi)含硫、銅等低熔點(diǎn)雜質(zhì)或多或少的存在，使得結(jié)晶凝固晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低。因此，在焊接熔池在結(jié)晶過(guò)程中存在偏析現(xiàn)象，偏析出的這些低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，由于低熔點(diǎn)共晶熔點(diǎn)低，往往是最后結(jié)晶，在晶界以液態(tài)夾層的方式存在，這時(shí)，當(dāng)外界結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中低熔點(diǎn)雜質(zhì)在凝固過(guò)程中被拉開(kāi)，被拉開(kāi)的液態(tài)夾層產(chǎn)生的間隙己沒(méi)有足夠的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬來(lái)填充形成了裂紋，或在是在凝固后不久被拉開(kāi)，造成開(kāi)裂，這就是熱裂紋產(chǎn)生的機(jī)理。熱裂紋的特征：

多貫穿在焊縫表面，裂口多數(shù)貫穿表面，并斷口被氧化色彩，裂紋末端略呈圓形； 多在焊縫中心位置，沿焊縫長(zhǎng)度方向分布，極少數(shù)也產(chǎn)生在熱影響區(qū)； 微觀特征一般是沿晶界開(kāi)裂，故又稱之為晶間裂紋； 并在焊后立即可見(jiàn)，多可以用肉眼看見(jiàn)，熱裂紋的防止措施：

限制或減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的焊條焊接； 改善熔池的一次結(jié)晶，由于細(xì)化晶?？梢蕴岣吆缚p中的抗裂性，所以廣泛采用向焊縫中加入細(xì)化晶粒的元素，如鈦、鋁、鋯、硼、或稀土金屬鈰等。

控制焊接工藝參數(shù)，適當(dāng)提高焊縫成形系數(shù)，如采用多層多道焊，避免偏析的產(chǎn)生等。采用堿性焊條和焊劑，由于堿性焊條脫硫、磷效果好，抗熱裂紋的效果好，一般對(duì)于熱裂紋傾向較大的構(gòu)件，一般都采用堿性焊條進(jìn)行焊接。采用適當(dāng)?shù)臄嗷》绞剑缏窕『覆捎脭嗷“?，焊條電弧焊采用斷弧焊或填滿弧坑的方法來(lái)防止熱裂紋的產(chǎn)生。

合理選用焊接規(guī)范，嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，并采用預(yù)熱和后熱，減慢冷卻速度，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋；

采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中； 采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力，降低殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。冷裂紋的產(chǎn)生及預(yù)防： 冷裂紋的產(chǎn)生原因：

冷裂紋主要產(chǎn)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼和中合金高強(qiáng)度鋼中。產(chǎn)生冷裂的原因主要有三個(gè)方面：鋼的淬硬傾向，焊接應(yīng)力，較多的氫的存在和聚集。許多情況下，氫是誘發(fā)冷裂紋最活躍因素之一。當(dāng)焊縫中淬硬傾向和焊接應(yīng)力過(guò)大，使熱影響區(qū)存在顯微缺陷時(shí)，氫會(huì)在這些缺陷處聚集，并由原子態(tài)轉(zhuǎn)為分子態(tài)，加上焊接應(yīng)力的作用，使顯微缺陷擴(kuò)大，從而形成冷裂紋。冷裂紋的特征：

冷裂紋斷面表面沒(méi)有氧化色彩，它是較低溫度產(chǎn)生的，（200~300度以下）一般不可以用肉眼看到，要做著色才可以看到。

冷裂紋一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)或焊縫與熱影響區(qū)的熔合線上，也有極少數(shù)產(chǎn)生在焊縫上。冷裂紋一般為穿晶裂紋，少數(shù)也有可能沿晶界發(fā)生。

冷裂紋一般在焊后并不立即出現(xiàn)，而是在焊后幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)。冷裂紋的防止措施：

選用堿性低氫型焊條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量；

嚴(yán)格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，焊條和焊劑應(yīng)按規(guī)定烘干，隨用隨取，謹(jǐn)防受潮；

保護(hù)氣體要控制其純度，嚴(yán)格清理焊條、焊件的油、銹、水分并控制焊接環(huán)境的濕度，從而減少氫的來(lái)源；

改善焊縫金屬性能。如加入一些合金元素可以提高焊縫中的塑性。根據(jù)材料等級(jí)、碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，正確的選擇焊接工藝參數(shù)和線能量，例如：采用焊前預(yù)熱，焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等，改善焊縫熱影響區(qū)的組織，去氫和消除焊接應(yīng)力。

焊后緊急熱處理，以去氫、消除內(nèi)應(yīng)力和淬硬組織回火，改善接頭韌性； 采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，減少焊接變形和焊接應(yīng)力。氣孔

焊縫中的氣孔是焊接缺陷之一，對(duì)一般非壓力容器構(gòu)件來(lái)說(shuō)，不認(rèn)為是重要缺陷，往往被人們所忽視，但氣孔會(huì)降低焊接接頭的機(jī)械性能，產(chǎn)生應(yīng)力集中，它的存在減少了焊縫有效工作截面，降低了接頭的機(jī)械強(qiáng)度。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成脆性破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。若是有穿透性或連續(xù)性氣孔存在，將會(huì)嚴(yán)重影響焊件的密封性?？墒牵阡撝平Y(jié)構(gòu)的焊接中，若在幾米或十幾米乃至更長(zhǎng)的焊縫上，要保證不出一個(gè)氣孔，只有通過(guò)采取采性氣體對(duì)焊縫正面形成良好保護(hù),保證一次焊透,或采用帶背面止口的接頭形式,才可防止氣孔的產(chǎn)生。氣孔的產(chǎn)生及預(yù)防 氣孔的產(chǎn)生原因：

焊縫內(nèi)部易形成氣孔，主要原因是從熔池上方和熔池底部卷入空氣所致。具體的講，就是在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，由于焊件表面的油、污、銹、垢及氧化膜沒(méi)有清除干凈、焊條受潮或質(zhì)量不好、焊炬擺幅快而大、焊接現(xiàn)場(chǎng)周?chē)L(fēng)力較大、焊接速度過(guò)快、焊絲和母材的化學(xué)成分不匹配等諸多因素，造成焊縫金屬在高溫時(shí)，吸收了過(guò)多環(huán)境中的氣體（如O2、H2、N2）或由于溶池內(nèi)部冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體（如CO），在溶池冷卻凝固時(shí)來(lái)不及排出，而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴。氣孔的防止措施

在焊接施工中，如何控制好過(guò)多的環(huán)境氣體（如O2、H2、N2、）及時(shí)排除才是氣孔預(yù)防措施的關(guān)鍵之所在，下面將逐一進(jìn)行介紹各種有害氣體的來(lái)源、危害以及具體的控制措施。氧在焊縫中的作用：

氧的來(lái)源：焊接區(qū)的氧主要來(lái)自電弧中的氧化性氣體（如二氧化碳、氧、水等）、焊劑、藥皮中的水份和焊件表面的鐵銹、水份。氧對(duì)焊縫質(zhì)量的影響： 加速焊縫中有益元素的燒損，而使焊縫的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性降低。降低焊縫的物理性能和化學(xué)性能，如導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和抗腐蝕性等。

O2與H2、C反應(yīng)，形成不溶于金屬的氣體，如果結(jié)晶時(shí)來(lái)不及逸出焊縫，則形成氣孔。氧氣孔在焊縫中的特征：氧氣孔主要發(fā)生在碳鋼焊縫中，一般情況下存在于焊縫的內(nèi)部，氣孔沿結(jié)晶方向分布，呈條狀或不規(guī)則形狀，表面光滑?？刂蒲醯拇胧?/p>

加強(qiáng)保護(hù)，如采用短弧焊，選用合適的氣體流量，防止空氣入侵。

清理焊件表面的水分、油污、鐵銹，按規(guī)定烘干焊條、焊劑等焊接材料。對(duì)焊縫采用一定的脫氧措施。如采用含脫氧元素較高的焊條、焊劑。氫對(duì)焊縫的作用： 氫的來(lái)源：

焊縫中的氫主要來(lái)自受潮的藥皮或焊劑中水份、焊條、焊劑中的有機(jī)物、空氣中的水份、焊件表面的鐵銹、油脂及油漆。氫對(duì)焊縫質(zhì)的影響：

形成氣孔，焊縫中飽和的氫來(lái)不及逸出焊縫時(shí)，就形成了氣孔。產(chǎn)生氫白點(diǎn)和氫脆；

氫也是產(chǎn)生冷裂紋的主要原因之一。

氫氣孔在焊縫中的特征：在焊接碳鋼和低合金鋼時(shí)，氫氣孔主要出現(xiàn)在焊縫表面，以單個(gè)出現(xiàn)，在返修磨刨時(shí)明顯感覺(jué)很深，氣孔內(nèi)壁光滑，焊接鋁、鎂等有色金屬時(shí)，主要了產(chǎn)生在焊縫的內(nèi)部?？刂茪涞拇胧?/p>

清理焊件及焊絲表面的油污，鐵銹、水份。

焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑。氣體保護(hù)焊對(duì)氣體進(jìn)行去水份、干燥處理。盡量選用低氫型焊條，焊接時(shí)采用直流反接、短弧操場(chǎng)作。對(duì)焊縫進(jìn)行消氫處理，如焊前預(yù)熱，焊后緩冷。氮對(duì)焊縫的作用：

氮的來(lái)源：焊接時(shí)熔池中的氮主要來(lái)自空氣中。

氮對(duì)焊縫質(zhì)量的影響：焊縫中飽和的氮來(lái)不及逸出焊縫時(shí)，就形成了氣孔，同時(shí)也影響焊縫的力學(xué)性能。

氮?dú)饪自诤缚p中的特征：氮?dú)饪滓话惆l(fā)生有焊縫的表面（多層焊在每層的表面）成堆、蜂窩狀出現(xiàn)，焊條電弧焊一般在接頭引弧處出現(xiàn)較多，生產(chǎn)中也是出現(xiàn)得比較多的氣孔?？刂频拇胧?/p>

清理焊件及焊絲表面的油污，鐵銹、水份，焊前按規(guī)定烘烤焊條、焊劑。氣體保護(hù)焊對(duì)保護(hù)氣體進(jìn)行去水份、干燥處理，氣體純度要達(dá)到要求，有風(fēng)時(shí)要有防風(fēng)措施。不得使用藥皮開(kāi)裂、藥皮脫落、變質(zhì)、偏心或生銹的焊條。

選用合適的焊接工藝參數(shù)，堿性焊條時(shí)要采用短弧焊，電流采用直反接。結(jié)束語(yǔ)： 綜上所述：鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，裂紋和氣孔缺陷均會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中，縮短使用壽命，造成脆裂，降低結(jié)構(gòu)斷面尺寸，影響焊縫的力學(xué)性能，危及安全。因此，在重要乃至關(guān)鍵部位的鋼結(jié)構(gòu)制作安裝中，必須加強(qiáng)焊接工作中裂紋及氣孔缺陷的數(shù)量控制，遵守焊接規(guī)范，嚴(yán)格施工工藝，保證焊縫質(zhì)量，避免質(zhì)量事故和危及到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和人民生民財(cái)產(chǎn)的事故發(fā)生。參考文獻(xiàn)：

《金屬工藝學(xué)》.鄧文英主編.高等教育出版社；

第五篇：天然氣管道冰堵成因分析和預(yù)防措施

天然氣管道冰堵成因分析和預(yù)防措施

2016-06-07 09:58博思特 推薦214次

天然氣,管道

近年來(lái)，西氣東輸管道二線、大-沈管道（大連-沈陽(yáng)）、冀-寧管道（安平-青山）、秦-沈管道（秦皇島-沈陽(yáng)）、忠-武管道（忠縣-武漢）等天然氣管道均發(fā)生過(guò)冰堵問(wèn)題，給管道的正常生產(chǎn)造成較大的影響。

一、冰堵成因及分類(lèi) 冰堵成因

天然氣管道冰堵一般發(fā)生在冬季，冰堵產(chǎn)生的根本原因是管道內(nèi)部存在液態(tài)的或氣態(tài)的水。液態(tài)水一般因管道投產(chǎn)前干燥不徹底而存留，溫度較低時(shí)結(jié)冰，造成管道冰堵；氣態(tài)水一般在一定含量、一定溫度和壓力下析出液態(tài)水，并在一定條件下生成天然氣水合物，進(jìn)而結(jié)成冰堵。前者一般發(fā)生在管道投產(chǎn)初期，并且，地形起伏較大、彎頭及彎管較多的管段較易發(fā)生；后者一般在管道運(yùn)行過(guò)程中，由于天然氣中水含量過(guò)高而引起。天然氣水合物是一種由水和甲烷、乙烷等小分子氣體在一定條件下形成的固態(tài)結(jié)晶，外觀像碎冰，點(diǎn)火即燃，又稱“可燃冰”。其形成條件包括組分條件、熱力條件和促生條件，其中，組分條件是存在硫化氫、二氧化碳及小分子烴類(lèi)組成的氣體分子和天然氣在一定條件下析出的液態(tài)水；熱力條件是具有足夠高的壓力和足夠低的溫度；促生條件是天然氣在紊流狀態(tài)下或有晶體微粒存在。2 冰堵類(lèi)型

天然氣管道主要包括干線管道和站場(chǎng)，兩者均有可能發(fā)生冰堵。冰堵情景主要有4種。

投產(chǎn)干燥不徹底引起的冰堵

天然氣管道在焊接完成后，為檢驗(yàn)焊接質(zhì)量、密封性和承壓能力，需要對(duì)管道進(jìn)行試壓。目前，管道試壓多采用水壓試驗(yàn)。盡管試壓完成后均要進(jìn)行清掃及干燥處理，但是，在低洼處、彎頭、彎管等特殊地段，管道內(nèi)難免存有少量殘留水，投產(chǎn)初期溫度較低時(shí)易造成冰堵，影響站內(nèi)閥門(mén)、調(diào)壓裝置等設(shè)備的正常運(yùn)行，影響向下游用戶分輸供氣。

大-沈管道在2011年底投產(chǎn)后，管道沿線營(yíng)口、沈陽(yáng)等分輸站場(chǎng)及與其相連的秦-沈管道沿線盤(pán)錦、錦州等分輸站場(chǎng)均多次發(fā)生冰堵現(xiàn)象，給管道正常運(yùn)行造成較大影響。

干線管道清管作業(yè)引起的冰堵 管道運(yùn)行初期，為進(jìn)一步清除管道內(nèi)殘留的雜質(zhì)和水分，需進(jìn)行清管作業(yè)。在清管器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于前后壓差的存在，清管球射流孔會(huì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，溫度隨之降低，天然氣水露點(diǎn)較高時(shí)析出水分，并在一定條件下形成天然氣水合物，進(jìn)而造成冰堵，增加了清管作業(yè)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2010年5月27日，西氣東輸管道二線清管作業(yè)時(shí)，張掖-永昌段及古浪壓氣站附近56#～59#閥室之間地勢(shì)起伏大、地溫變化快，多次發(fā)生冰堵。站場(chǎng)節(jié)流引起的冰堵

當(dāng)天然氣流經(jīng)過(guò)濾分離器、調(diào)壓橇、孔板流量計(jì)等裝置時(shí)，會(huì)引起天然氣節(jié)流，由于焦耳-湯姆森效應(yīng)的存在，天然氣溫度隨之降低，當(dāng)天然氣水露點(diǎn)較高時(shí)會(huì)析出水分，形成水合物，進(jìn)而產(chǎn)生冰堵。若冰堵發(fā)生在過(guò)濾分離器，會(huì)造成濾芯堵塞，進(jìn)而引發(fā)濾芯的變形和損壞；若發(fā)生在調(diào)壓橇，會(huì)造成管內(nèi)流通面積減小，甚至全部堵塞，進(jìn)而影響向下游用戶平穩(wěn)供氣；若發(fā)生在流量計(jì)處，會(huì)影響流量計(jì)的精準(zhǔn)度；若發(fā)生在閥門(mén)引壓管處，會(huì)引起控制單元無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)信號(hào)，造成閥門(mén)誤操作。2010年11月27日，澀-寧-蘭天然氣管道（澀北-西寧-蘭州）蘭州末站各分輸支路均發(fā)生冰堵；2011年1月1日，西氣東輸管道二線黃陂站調(diào)壓管路發(fā)生冰堵；2011年4月27日，西氣東輸管道二線紅柳壓氣站臥式分離器發(fā)生冰堵。

輸送露點(diǎn)較高氣源引起的冰堵

我國(guó)忠-武管道、陜-京管道系統(tǒng)（陜西-北京）、冀-寧管道、永-唐-秦管道（永清-唐山-秦皇島）等天然氣管道在西氣東輸管道二線投產(chǎn)之前，由于氣源水露點(diǎn)較低，運(yùn)行較為平穩(wěn)，很少出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。

西氣東輸管道二線投產(chǎn)后，由于這些管道的氣源混有水露點(diǎn)較高的中亞天然氣，沿線多數(shù)站場(chǎng)冰堵問(wèn)題較為嚴(yán)重，給管道正常運(yùn)行造成較大影響。

二、冰堵預(yù)防措施 1 嚴(yán)格控制氣源質(zhì)量 預(yù)防天然氣冰堵最根本、有效的方法是降低天然氣水露點(diǎn)，控制氣源質(zhì)量。天然氣進(jìn)入干線管道之前，先經(jīng)處理廠干燥處理，常用的干燥方法有液體吸附法和固體吸附法2種。

液體吸附法是利用甘醇等具有良好親水性的吸附劑進(jìn)行脫水，以降低天然氣水露點(diǎn)；固體吸附法是利用硅膠、活性炭、分子篩及氧化鋁等具有較強(qiáng)吸附能力的吸附劑進(jìn)行脫水，使天然氣水露點(diǎn)達(dá)到相關(guān)要求。

我國(guó)典型管道對(duì)應(yīng)氣源的水露點(diǎn)：根據(jù)相關(guān)協(xié)議，中亞天然氣管道（中亞-中國(guó)）氣源水露點(diǎn)要求冬季在7.0MPa壓力下不高于-7℃，根據(jù)GB/T22634-2008《天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的換算》附錄E換算方法，折算其對(duì)應(yīng)的水含量為67.3mg/m^3；

中緬天然氣管道（緬甸-中國(guó)）氣源水露點(diǎn)要求在10.0MPa壓力下不高于-5℃，折算水含量為63.5mg/m^3；中俄東線天然氣管道（黑河-上海）氣源水露點(diǎn)要求冬季在4.0MPa壓力下不高于-20℃，折算水含量為36.8mg/m^3；

西氣東輸管道一線氣源水露點(diǎn)在6.0MPa壓力下不高于-14℃，折算水含量為40.5mg/m^3；陜-京系統(tǒng)管道氣源水露點(diǎn)在5.4MPa壓力下不高于-13℃，折算水含量為51mg/m^3；川氣東送管道（普光氣田-上海）氣源水露點(diǎn)在6.7MPa壓力下不高于-15℃，折算水含量為40.1mg/m^3。再根據(jù)水含量折算各管道氣源在不同壓力條件下對(duì)應(yīng)的水露點(diǎn)，具體見(jiàn)下表。由下表可以看出，中俄東線天然氣管道氣源水露點(diǎn)條件最好，中亞天然氣管道氣源質(zhì)量最差。做好投產(chǎn)前的管道干燥

為清除管道水壓試驗(yàn)產(chǎn)生的殘留水，試壓完畢后需進(jìn)行干燥處理。常用的管道干燥方法包括干空氣干燥法、真空干燥法及干燥劑干燥法。在實(shí)際工程中，常由于管道干線走向復(fù)雜、站場(chǎng)內(nèi)部工藝管道規(guī)格較多、工期較緊等特點(diǎn)，選擇多種方法共同完成管道干燥任務(wù)。

干空氣干燥法包括通球法和干燥空氣吹掃法2種施工方式。該方法具有干燥時(shí)間較短、工藝簡(jiǎn)單、成本較低、干燥材料來(lái)源較廣等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)目前使用較為廣泛的干燥方法。

真空干燥法利用真空泵對(duì)管道內(nèi)氣體進(jìn)行抽吸，使管內(nèi)氣體壓力降低，管道內(nèi)壁上的水分沸騰汽化后被抽出。該方法具有可靠性較高、不會(huì)產(chǎn)生廢棄物、符合站場(chǎng)HSE相關(guān)要求等優(yōu)點(diǎn)，但是，成本相對(duì)較高。

干燥劑干燥法該方法通常采用甲醇、乙二醇或三甘醇等干燥劑與水以任意比例互溶，使水的蒸汽壓大大降低，從而達(dá)到干燥管道的目的，部分殘留在管道中的干燥劑同時(shí)又能夠抑制天然氣水合物的形成。

提高天然氣溫度為防止天然氣水合物的形成，用加熱爐對(duì)天然氣加熱或在調(diào)壓橇、氣液聯(lián)動(dòng)閥引壓管等易堵管段安裝電伴熱帶，使氣體溫度保持在水露點(diǎn)以上。目前，我國(guó)多數(shù)站場(chǎng)常采用該方法，效果較為明顯。

化學(xué)抑制劑法為避免天然氣水合物的產(chǎn)生，可向管道中注入一定量的化學(xué)抑制劑，改變水和烴分子之間的熱力學(xué)平衡條件，達(dá)到保持天然氣流動(dòng)的目的。該方法也是一種常見(jiàn)的解堵方法。

其他方法為降低冰堵發(fā)生的概率，管道投產(chǎn)初期，可對(duì)站內(nèi)調(diào)壓橇、放空立管、閥門(mén)、過(guò)濾分離器、計(jì)量橇、排污罐等設(shè)備多次排污，將管道和設(shè)備內(nèi)積液排出，并及時(shí)更換過(guò)濾分離器濾芯。若條件允許，也可適當(dāng)提高分輸支線管道運(yùn)行壓力，縮小分輸調(diào)壓橇前后壓差，減少溫度降低幅度，盡量避免冰堵發(fā)生。

三、冰堵治理方法

目前，管道干線和站場(chǎng)發(fā)生冰堵時(shí)，常用的解除冰堵方法有放空降壓法、注醇法、對(duì)天然氣加熱法等。1 干線清管解堵

對(duì)于干線管道清管出現(xiàn)的冰堵問(wèn)題，較為常用的方法是將冰堵段兩端閥室閥門(mén)關(guān)閉，并適當(dāng)放空降壓，天然氣水合物將隨著壓力的降低快速分解，從而達(dá)到解除冰堵的目的。也可配合使用蒸汽車(chē)向管道外壁噴射高溫蒸汽，對(duì)冰堵管道進(jìn)行充分加熱，加速天然氣水合物的分解。該方法在西氣東輸管道二線清管作業(yè)時(shí)得到使用。2 調(diào)壓閥解堵

對(duì)于站場(chǎng)調(diào)壓閥之后出現(xiàn)冰堵時(shí)，可注入適量甲醇等防凍劑，利用其良好的親水性吸收天然氣中的水分，降低水含量，進(jìn)而降低天然氣水露點(diǎn)而快速將水合物分解，達(dá)到解堵目的。該方法在大-沈管道投產(chǎn)初期被沿線多個(gè)站場(chǎng)采用。3 站內(nèi)局部管段解堵

站場(chǎng)內(nèi)局部管段出現(xiàn)冰堵時(shí)，可利用加熱設(shè)備對(duì)天然氣進(jìn)行加熱，提高天然氣溫度，使天然氣水合物快速分解。加熱設(shè)備一般有電加熱器和水套爐2種，加熱功率較小時(shí)常采用電加熱器，加熱功率較大時(shí)常采用水套爐。4 分輸管路解堵

站場(chǎng)內(nèi)分輸管路冰堵時(shí)，可切換至備用管路，并在發(fā)生冰堵管段纏繞大功率電伴熱帶，對(duì)管道進(jìn)行加熱，使水合物快速分解。也可臨時(shí)采用調(diào)壓閥上游球閥節(jié)流的措施，減小調(diào)壓閥前后壓差來(lái)降低節(jié)流效應(yīng)，達(dá)到解堵目的。5 壓氣站場(chǎng)解堵

對(duì)于聯(lián)絡(luò)壓氣站或分輸壓氣站，站內(nèi)發(fā)生冰堵時(shí)，可采用調(diào)節(jié)工藝流程，利用壓縮機(jī)出口的高溫天然氣反吹冰堵段，加速水合物分解。西氣東輸管道二線紅柳壓氣站出現(xiàn)冰堵時(shí)，利用摻混西氣東輸管道一線壓縮機(jī)出口端高溫氣的方法對(duì)冰堵段管道進(jìn)行解堵。分離器、排污管解堵

站內(nèi)分離器、匯管排污管道出現(xiàn)冰堵時(shí)，可采用在線排污的方式解決冰堵問(wèn)題，也可切換至備用分離器，待冰堵解除后恢復(fù)。7 引壓管解堵

站內(nèi)調(diào)壓閥引壓管或指揮器出現(xiàn)冰堵時(shí)，由于其管徑較小，產(chǎn)生水合物不會(huì)太多，可采取較為簡(jiǎn)單有效的熱水噴淋法，向引壓管或指揮器上直接澆注開(kāi)水。該方法較為簡(jiǎn)單易行，效果較為明顯。

四、典型案例分析

近年來(lái)，我國(guó)西氣東輸管道二線、冀-寧管道、忠-武管道、中緬天然氣管道境內(nèi)段均有冰堵事故發(fā)生，針對(duì)不同的情景，選用了合適的解堵方法，均取得良好效果。1 西氣東輸管道二線干線清管冰堵

2009年12月，西氣東輸管道二線西段投產(chǎn)后，半年之內(nèi)，沿線管道和站場(chǎng)發(fā)生約50處冰堵，對(duì)管道正常生產(chǎn)影響較大。

2010年5月26日，運(yùn)行單位對(duì)西氣東輸管道二線進(jìn)行清管作業(yè)，由于管道沿線甘肅段走向曲折、地形復(fù)雜、地溫變化較大等各種原因，清管過(guò)程中張掖-永昌段及古浪壓氣站之后的56#～59#閥室之間多次發(fā)生冰堵，給清管作業(yè)造成了較大困擾。其主要原因：一是，管道沿線地勢(shì)起伏較大，山丹壓氣站附近高程近2600m，之后約100km處降至1600m，隨后又升高至2200m，地溫變化較大；二是，由于清管器射流孔和泄流孔的存在，清管過(guò)程中會(huì)在清管器前后形成一定的節(jié)流效應(yīng)，使得天然氣溫度降低形成天然氣水合物，特別是清管器受阻時(shí)更為嚴(yán)重；三是，管道投產(chǎn)前干燥不徹底，管內(nèi)含有液態(tài)水，清管期間在永昌壓氣站排出天然氣水合物多達(dá)3.3m^3。運(yùn)行單位采取了對(duì)冰堵段兩端閥室放空降壓、挖開(kāi)管道用蒸汽吹掃冰堵處及搭建保溫棚等多種解堵措施，才完成了本次清管任務(wù)。2 中緬天然氣管道投產(chǎn)初期自用氣橇冰堵

中緬天然氣管道境內(nèi)段投產(chǎn)初期，多數(shù)站場(chǎng)存在自用氣橇冰堵問(wèn)題，導(dǎo)致安全閥自動(dòng)關(guān)閉和自動(dòng)放空，特別是夜間溫度較低時(shí)更為頻繁，造成天然氣放空浪費(fèi)，并給正常生活用氣造成了較大影響。其原因主要由于管道投產(chǎn)前干燥不徹底，管道內(nèi)含有殘留水。

2013年8月初投產(chǎn)期間，該管道保山站排出約30m^3的水，其余站場(chǎng)、閥室放空作業(yè)時(shí)，放空管也存在混有水柱的氣體，說(shuō)明該管道投產(chǎn)前的干燥不徹底。

2014年2月，瑞麗首站8.2MPa壓力下水露點(diǎn)值介于-17～-13℃，能夠滿足相關(guān)協(xié)議氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而下游祿豐分輸站水露點(diǎn)明顯升高，7.1MPa壓力下水露點(diǎn)值介于-4.6～3.2℃，說(shuō)明管道投產(chǎn)之后一段時(shí)間內(nèi)，管道內(nèi)仍存有液態(tài)水，導(dǎo)致下游管道內(nèi)天然氣水露點(diǎn)升高。

另外，自用氣橇前后壓力從約8.0MPa一次性降至0.4MPa，壓降較大，按5℃/MPa計(jì)算，溫度降低約38℃，也是產(chǎn)生冰堵的主要原因之一。

針對(duì)自用氣橇冰堵的問(wèn)題，投產(chǎn)初期，各站采用夜間停止用氣、熱水噴淋及增設(shè)電加熱器等多種措施，后來(lái)通過(guò)協(xié)調(diào)自用氣橇供貨商對(duì)各站設(shè)備采取更換電阻絲、增大加熱負(fù)荷的方式，徹底解決了冰堵問(wèn)題。中亞管道氣源露點(diǎn)較高對(duì)我國(guó)其他管道的影響

陜-京管道系統(tǒng)、冀-寧管道、永-唐-秦管道、忠-武管道等天然氣管道在引進(jìn)中亞氣之前，天然氣水露點(diǎn)一直較低，運(yùn)行較為平穩(wěn)。中亞天然氣自2009年底引進(jìn)我國(guó)并進(jìn)入上述管道之后，2010年冬季氣溫較低時(shí)，沿線多數(shù)站場(chǎng)發(fā)生了較為嚴(yán)重的冰堵現(xiàn)象，給管道運(yùn)行造成較大影響。

其主要原因?yàn)橹衼喬烊粴鈿赓|(zhì)水露點(diǎn)較高。根據(jù)霍爾果斯首站水露點(diǎn)測(cè)量值，2010年冬季，霍爾果斯首站天然氣水露點(diǎn)值為4～11℃，交氣壓力約為7.8MPa，水露點(diǎn)取平均值7.5℃時(shí)，折算水含量為164.5mg/m^3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相關(guān)協(xié)議規(guī)定值67.3mg/m^3。但是，冬季寒冷季節(jié)我國(guó)天然氣正處于用氣緊張狀態(tài)，因此，無(wú)法大幅度壓減進(jìn)口氣量。

中亞天然氣管道天然氣水露點(diǎn)合同規(guī)定值與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比情況見(jiàn)下表。各站場(chǎng)冰堵事故初期，由于多數(shù)站場(chǎng)沒(méi)有預(yù)防措施和處理經(jīng)驗(yàn)，給正常生產(chǎn)造成較大影響。后來(lái)采取注醇法等臨時(shí)措施，并在相關(guān)站場(chǎng)增設(shè)加熱爐、電伴熱帶等加熱設(shè)備，才較好地解決了冰堵問(wèn)題。

五、建議

一是，嚴(yán)格控制進(jìn)口天然氣氣質(zhì)指標(biāo)，加大對(duì)露點(diǎn)較高氣的處罰力度。

隨著我國(guó)對(duì)清潔能源需求的快速增長(zhǎng)，進(jìn)口天然氣途經(jīng)將進(jìn)一步拓寬，對(duì)于今后的進(jìn)口天然氣管道，應(yīng)充分吸取中亞天然氣管道氣源露點(diǎn)較高的教訓(xùn)，在前期技術(shù)談判時(shí)，應(yīng)對(duì)天然氣水露點(diǎn)等氣質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，并在對(duì)應(yīng)的商務(wù)條款中加大對(duì)露點(diǎn)較高氣源的處罰力度，以確保我國(guó)天然氣管網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

二是，嚴(yán)格控制管道水壓試驗(yàn)后的干燥處理，最大限度地降低管內(nèi)殘留水。

我國(guó)近幾年管道出現(xiàn)的冰堵事件，多數(shù)發(fā)生在管道投產(chǎn)初期，主要原因是管道水壓試驗(yàn)后干燥不徹底。大-沈管道、中緬天然氣管道境內(nèi)段、西氣東輸管道二線西段投產(chǎn)初期均有發(fā)生。為防治和治理冰堵問(wèn)題，多數(shù)站場(chǎng)增設(shè)加熱爐、注醇裝置等相應(yīng)設(shè)施，不僅需要大量投資、增加運(yùn)行成本，還需對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行、維護(hù)和保養(yǎng)，增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。今后，新建的干線天然氣管道進(jìn)行干燥處理時(shí)，應(yīng)加大監(jiān)管力度，提高施工質(zhì)量，最大程度減少管內(nèi)殘留水。

三是，充分考慮新建管道對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，并提出應(yīng)對(duì)措施。

隨著我國(guó)天然氣管道行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)基干管網(wǎng)基本形成并逐步完善，新建干線天然氣管道應(yīng)納入對(duì)應(yīng)的管網(wǎng)系統(tǒng)整體進(jìn)行分析。充分借鑒西氣東輸管道二線露點(diǎn)較高氣源對(duì)冀-寧管道、忠-武管道等造成的嚴(yán)重冰堵事故影響，新建管道投產(chǎn)和運(yùn)行初期，應(yīng)充分考慮因管道干燥不徹底引起的水露點(diǎn)偏高等相關(guān)問(wèn)題對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，確保管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。(其他作者為趙永強(qiáng)，王小強(qiáng)，王志月，代運(yùn)鋒，原載《石油規(guī)劃設(shè)計(jì)》)