吳錦強(qiáng)1 趙康1 楊鋒平2 鄒斌1 方衛(wèi)林1

1.西部管道分公司； 2.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院

摘  要：某在役X80輸氣管道發(fā)現(xiàn)螺旋焊縫內(nèi)表面存在裂紋。切取樣品后，對其進(jìn)行水壓試驗、宏觀檢測、無損檢測、電鏡分析、金相分析。結(jié)果表明：該裂紋為焊縫內(nèi)表面裂紋，長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，在工廠水壓試驗或現(xiàn)場水壓試驗時擴(kuò)展形成；焊接原始缺陷為熔合不良或焊接熱裂紋，在工廠進(jìn)行了外補(bǔ)焊，但未能徹底消除原始缺陷。建議工廠生產(chǎn)鋼管時嚴(yán)格執(zhí)行焊縫補(bǔ)焊和無損檢測控制程序。

關(guān)鍵詞：X80鋼管；螺旋焊縫；補(bǔ)焊；裂紋

目前，西氣東輸二線、西氣東輸三線、中俄東線等重大油氣管道工程已大規(guī)模采用國產(chǎn)X80螺旋焊管，其服役長度超過5 000公里，規(guī)模為世界之最，服役時間超過10年，至今未發(fā)生因鋼管質(zhì)量引起的災(zāi)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：原料入廠檢驗、開卷矯平、銑邊、成型、內(nèi)/外焊、水壓前X射線檢測（逐根， 100%全焊縫）、焊縫補(bǔ)焊（如有缺陷）、水壓試驗（逐根）、理化試驗（規(guī)定批次）、水壓后超聲波檢測（逐根， 100%全焊縫自動檢測、母材管端自動檢測、盲區(qū)及補(bǔ)焊縫手動檢測）、管端擴(kuò)徑、水壓后X射線檢測（逐根， 100%全焊縫檢測，管端、補(bǔ)焊縫抓圖或拍片）、管端坡口加工、管端手動超聲波檢測（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、幾何尺寸等）、噴標(biāo)、入庫。

除此之外，業(yè)主單位還引入第三方駐廠監(jiān)造機(jī)構(gòu)按監(jiān)造程序?qū)︿摴苌�產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督檢驗，包括審核工廠資質(zhì)、人員資質(zhì)、設(shè)備計量校準(zhǔn)情況、工藝文件、質(zhì)量體系等；監(jiān)督檢查原材料入廠復(fù)驗、焊接工藝評定、首批檢驗；監(jiān)督檢查上料、成型、焊接、管端擴(kuò)徑等生產(chǎn)步驟；監(jiān)督檢查射線檢測、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，并形成見證記錄[6]。

由此可見， X80螺旋焊管有嚴(yán)格的生產(chǎn)程序、質(zhì)量控制和第三方監(jiān)督檢驗，基本不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。筆者介紹一起罕見的國產(chǎn)X80鋼管螺旋焊縫裂紋缺陷，并通過缺陷成因分析，提出鋼管質(zhì)量控制建議，供業(yè)內(nèi)參考。

1 缺陷概況

某在役輸氣管線內(nèi)檢測時發(fā)現(xiàn)了多處異常，開挖后經(jīng)超聲檢測、射線檢測確定，該管線某處螺旋焊縫存在內(nèi)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)。切割后通過管道內(nèi)表面觀察發(fā)現(xiàn)，該處確實存在長度約55 mm的裂紋，如圖 1所示。含缺陷鋼管為X80螺旋焊縫鋼管，規(guī)格為Φ 1 219×18.4 mm，出廠前記錄顯示其各項指標(biāo)合 格，但存在2處補(bǔ)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、壁厚、周長抽檢，均滿足要求。以缺陷為中心，在缺陷附近400×400 mm范圍內(nèi)進(jìn)行5×5點壁厚測試，結(jié)果也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對含缺陷處分別進(jìn)行射線檢測、相控陣檢測、常規(guī)超聲波檢測等無損檢測，相控陣和射線檢測確定的外表面缺陷長度約為60 mm，超聲波檢測確定其長度約為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(shè)計壓力）、 13.2 MPa（管道現(xiàn)場水壓試驗壓力值）和16.0 MPa（鋼管出廠時的水壓壓力）標(biāo)準(zhǔn)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(xù)加壓至23.5 MPa時，焊縫裂紋處泄漏，爆口內(nèi)表面長度約為55 mm、外表面長度約為16 mm，泄漏缺陷處內(nèi)外形貌如圖 4所示。

3 斷口分析

3.1 宏觀分析

裂紋位于焊縫中心，其中內(nèi)表面長度為55 mm，外表面長度為16 mm，缺陷最長為64 mm。去掉本次水壓試驗造成的泄漏區(qū)，裂紋缺陷由內(nèi)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(xì)分為兩部分，靠近內(nèi)表面部分為焊接缺陷區(qū)，為螺旋焊縫焊接時形成，長度為55 mm，最深約為7 mm（圖 6紅色實線部分）；中間扇形部分為擴(kuò)展區(qū)，長度為42 mm，自身高度約為11 mm（圖 5黑色虛線部分），可能由鋼管生產(chǎn)時工廠水壓試驗或管道建設(shè)時現(xiàn)場水壓試驗造成。

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

3.2 斷口電鏡分析

焊接缺陷區(qū)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(qū)上部有斷裂痕跡，且斷面不平整，考慮為焊接熱裂紋，即由于低熔點夾雜存在，導(dǎo)致夾雜凝固時被焊接拉應(yīng)力拉開。

3.3 金相分析

如圖 8所示，在裂紋缺陷區(qū)域切取一個金相截面進(jìn)行觀察，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(bǔ)焊；根據(jù)補(bǔ)焊焊道情況，確認(rèn)補(bǔ)焊為外補(bǔ)焊，但補(bǔ)焊深度沒有達(dá)到內(nèi)表面。結(jié)合斷面上發(fā)現(xiàn)的內(nèi)表面原始缺陷，說明補(bǔ)焊沒有消除內(nèi)表面焊接原始缺陷。

4 裂紋成因

根據(jù)工廠記錄，該缺陷進(jìn)行了補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后射線檢測合格。之后進(jìn)行16 MPa工廠水壓試驗合格，水壓試驗后超聲檢測、射線檢測合格。

根據(jù)斷口金相低倍形貌，證實該處確實進(jìn)行了補(bǔ)焊，但補(bǔ)焊并沒有消除螺旋焊縫內(nèi)焊道缺陷。內(nèi)表面焊接原始缺陷凹凸不平，符合焊接熱裂紋特征，應(yīng)為焊接時熔合不良導(dǎo)致，扇形區(qū)斷口平整，無疲勞臺階，并存在明顯收斂痕跡，考慮為工廠試壓或者現(xiàn)場試壓時一次擴(kuò)展導(dǎo)致，且由于工廠水壓壓力值遠(yuǎn)大于現(xiàn)場水壓壓力值，故工廠水壓擴(kuò)展的可能性更高。由分析可知，水壓試驗后工廠的缺陷檢測技術(shù)或質(zhì)量控制程序的落實存在缺陷[7-9]。

5 結(jié)論及建議

（1）缺陷屬于螺旋焊縫裂紋型缺陷，缺陷長為64 mm，其中內(nèi)表面長度為55 mm，擴(kuò)展深度達(dá)15 mm。

（2）缺陷區(qū)域存在外補(bǔ)焊，但外補(bǔ)焊未能消除內(nèi)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，形成于工廠制管階段。

（4）建議完善焊縫補(bǔ)焊標(biāo)記方法、程序和控制措施；嚴(yán)格執(zhí)行鋼管無損檢測質(zhì)量控制程序，防止類似事件再次發(fā)生。

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    作者簡介：吳錦強(qiáng)，工學(xué)學(xué)士，高級工程師�，F(xiàn)任西部管道分公司安全副總監(jiān)、總經(jīng)理助理兼管道處處長，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。