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东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求

第26卷第8期油气储运

东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求

潘红丽王强李景昌

（中国石油管道公司管道科技中心）（中国石油管道公司）

滕延平姜征峰赵卿

（中国石油管道公司管道科技中心）（中国石油管道公司）（中国石油天然气管道局事业部）

潘红丽王强等:

东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求,油气储运,2007,26（8）39~42.

摘要对东北管网钢级为Q345（~72o×8.9mm）的钢管试样进行了管道抢修腐蚀坑补强工

艺试验,提出了可焊接的腐蚀坑最大允许深度,补板间最小距离,补板与环焊缝和螺旋焊缝的距离

等技术要求.试验结果表明,低流速流体和流体压力对烧穿和硬度影响较小;在立焊位置发生烧穿

的可能性比其它位置大,需要严格控制焊接热输入.

主题词输油管网腐蚀焊接补强技术要求

一

东北管网概况

东北管网始建于2O世纪7O年代初期,经过3O

余年的运行,目前管道已经出现不同程度的老化,腐

蚀及开裂事故逐年增多.为实现东北管网再安全运

行2O年,恢复4000×10t/a输油能力的目标,对

其进行了管网改造.为指导大修现场进行腐蚀管道

补强作业,选取Q345管材（~72o×8.9mm）的钢管

试样,进行了腐蚀管道补强焊接工艺试验,给出了焊

接工艺参数和技术要求.东北管网的运行条件见

表1.

表1东北管网的运行条件

注*焊接时可降压至2MPa以下.

二,在役管道腐蚀坑焊接

补强技术要求

在役管道的焊接主要存在两个问题,一是烧穿,

在带压管道上施焊时,如果焊接熔池下方未熔化金

属强度不能承受内部热应力,就会发生烧穿现象;二

是流体从管壁带走热量,加速了焊接部位的冷却速

度,从而导致氢致裂纹.如果壁厚大于6.4mm,采

用低氢焊条（EXX18型）和正常的焊接工艺,就不可

*065000,河北省廊坊市金光道51号;电话:

（0316）2170719

能发生烧穿.如果管壁较薄（小于6.4mm）,必须限

制热输入以降低烧穿的危险n.但是,较低的热输

入不足以补充流体从管壁带走的热量,导致焊缝冷

却速度过快,从而发生氢致裂纹.因此,焊接工艺参

数的选择必须兼顾管道安全和防止材料性能恶化.

文献[2]指出,采用低氢焊条焊接在役管道,管

道内表面的最大温度（982℃）为防止烧穿的最大极

限温度.通常认为.,对于合金钢,1316℃的平均

峰值温度代表粗晶区（CGHAZ）,954℃代表细晶区

（FGHAZ）.对于在役管道焊接,Edison焊接研究

所”的研究表明,采用直径为3.2mm的焊条,在

油气储运

ll0A的焊接电流下,热输入值为0.87kJ/mm时,

管道的最小可焊厚度为4.0mm.采用2.4mm的

焊条,在热输入值为0.59kJ/ram时,最小焊接壁厚

为3.2mm（管道内压为5.5MPa）.

SY/T6554--2003在用设备的焊接或热分接

程序标准明确规定㈣,在说明书中应对工件的最小

母材厚度的要求加以说明.4.8mm是多数焊接和

热分接所推荐的最小母材厚度.为预防烧穿,实际

的母材最小厚度是强度所需厚度的函数,即为强度

所需的厚度加上一个安全厚度,一般为2.4mm.

上述文献和标准说明,对于在役管道焊接,必须

通过控制焊接工艺参数,以防烧穿和产生裂纹.因

此,对于在线管道焊接,需要进行焊接工艺试验,确

定实际的工艺参数,特别是直接在腐蚀坑上堆焊焊

接金属.

1,腐蚀坑堆焊补强工艺试验

（1）试验条件和工艺参数

将试样展平加工出不同深度的坑槽来模拟管道

的腐蚀坑.焊接方法为手工焊条电弧焊,焊机为

YD一400AT2HGF型IGBT控制直流弧焊机,焊接

材料为J507（E5015）庐3.2低氢焊条.

表2为腐蚀坑补焊焊接工艺参数.点腐蚀补焊

试验分为三组,焊接方式均为平焊.第一组为腐蚀

坑深度不同,焊接工艺相同（热输入值相同）;第二组

和第三组分别为腐蚀坑深度相同（4.0mm和5.0

mm）,而焊接工艺不同.

对于点腐蚀坑补焊,持续焊接时间不超过60S,

以避免管壁长时间受热,超过982.C而烧穿.如果

还需要继续填补焊接,则要等到焊缝金属冷却到

150℃以下,并清除焊渣后方可进行.

面腐蚀分为两组.第一组和第二组分别为腐蚀

坑深度相同（4.0mm和5.0mm）,而焊接工艺不

同,焊接方式为平焊.同时,对腐蚀坑深度为5.0

mm的面腐蚀,在立焊位置进行了试验.

面腐蚀采用多道焊接填补,每层焊道间温度低

于150℃,并将每层焊道的焊接熔渣清除干净.

表2腐蚀坑补强焊接工艺参数

（2）试验结果

通过测定熔合线附近细晶区（FGHAZ）到试样

背面的距离（￡）来预测试样是否有烧穿的可能性,若

￡<4.0mm,则认为有烧穿危险.表3为不同工

第26卷第8期潘红丽等:

东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求

艺和不同腐蚀深度下熔合线到试样背面的最小

距离.

表3不同工艺和不同腐蚀深度下的最小距离

细晶区至试样细晶区至试样

试样编号背面距离t试样编号背面距离t

（ram）（ram）

PC1—14.6PC3—33.7

PC1—23.7FC1—14.9

PC1—32.8FC1—24.6

PC2—14.4FC1—34.6

PC2—24.5FC2—13.7

PC2—34.5FC2—24.1

PC3—14.4FC2—33.2

PC3—23.9FC2—43.1

从表3可以看出,在焊接电流为105A,焊接电

压为26~30V的正常焊接条件下,对于壁厚为8.9

mm的试样,当腐蚀坑深度超过4.0mm时,就会烧

穿;如果腐蚀坑深度不超过4.0mm,则不会发生烧

穿.因此,采用直径为3.2mm的低氢焊条,在正常

的焊接规范下（焊接电流为105A）,可以焊接的腐

蚀坑母材的最小剩余厚度为4.9mm.如果腐蚀坑

的深度达到5.0mm（此时母材剩余厚度为3.9mm）,

则要求采用的焊接电流必须低于105A,这样

才可避免烧穿.对于面腐蚀,由于要采用多道焊接,

因此必须采用小电流焊接（不超过105A）,并控制

焊层间的温度小于150℃.试验结果表明,在立焊

位置发生烧穿的可能性高于其它位置.

在试验中,没有流体和运行压力对防止烧穿最

小壁厚的影响,国外有研究表明,在有流体或流速增

加时,焊接烧穿的可能性降低;在低流速时,管道内

表面温度与没有流体时的温度差别很小.虽然降低

压力是为了防止烧穿的强制安全措施,但流体压力

对烧穿的发生几乎没有影响,因为受热面积很小,管

壁上的应力在加热区即腐蚀坑附近重新分布,因此,

在低流速和低运行压力情况下,可以不考虑流速和

压力对烧穿的影响.

在役管道焊接的氢致裂纹产生与热影响区

（HAZ）硬度有关,APIStd.1104标准中要求HAZ

硬度不超过350HV..通过对焊缝金属和热影响

区进行硬度试验,可以预测是否发生氢致裂纹.硬

度试验位置见图1,试验结果见表4.

表4HAZ硬度试验结果

图1HAZ硬度试验位置

?

42?

油气储运

从表4可以看出,焊缝上的硬度值比HAZ的

硬度值高,但没有超过标准要求.试验结果表明,焊

接线能量越小,焊缝的硬度越高;母材的剩余壁厚越

小,HAz的硬度也相对较高.在没有流体的情况

下,HAZ的硬度值难以超过350HV..试验中未

考虑流速对硬度的影响,文献[2]研究表明,粗晶区

（CGHAZ）的硬度值最高.虽然随着流速增加,管

道内表面的散热系数也增加,但硬度最高值增加却

很小.对于X65管道钢,在气体流速为20m/s时,

其HAz的最高硬度为257HV.,比在没有流体情

况下的硬度高6.可以认为,在安全壁厚进行腐

蚀坑补焊时,因热量散失而诱发的氢致裂纹可能性

相对较小.

2,腐蚀坑补弧板焊接焊缝最小间距

如果腐蚀坑深度过大,就不能采用直接堆焊焊

缝金属;腐蚀坑面积太大,直接堆焊效率太低,而且

采用连续多道堆焊易导致温度过高,有烧穿危险,这

时可以采用补弧板焊接,但是如果补板焊缝之间,以

及补板焊缝与环焊缝和螺旋焊缝之间焊缝密集,形

成不合理的焊接接头,就可能导致应力集中产生脆

断倾向.根据文献[6]要求,为了避免焊缝密集而导

致产生应力集中,焊缝最小间距应大于3丁（T为管

道公称壁厚）,见图2.一般手工电弧焊的单侧

HAZ的总宽度为6.0～8.5mm,埋弧自动焊单侧

HAZ宽度为2.3～4.0mm.因此,为了避开两焊

缝问HAZ的重叠而产生不良影响,补弧板焊缝间

距,补弧板与螺旋焊缝和环焊缝的间距应大于20

图2焊缝最小间距

三,结论

（1）低流速流体和流体压力对烧穿和硬度影响

较小.

（2）对于点腐蚀坑堆焊,采用直径为3.2mm的

低氢焊条,在正常的焊接规范下（焊接电流105A）,

持续焊接时间不超过60s时,可以焊接的腐蚀坑母

材的最小剩余厚度为4.9mm.如果一次未完成堆

焊,还需要继续填补焊接,则需要将焊缝金属冷却到

150.C以下,并清除焊渣后方可进行.

（3）对于面腐蚀坑进行多道堆焊填补,采用小电

流焊接（不超过105A）,可以焊接的腐蚀坑母材的

最小剩余厚度为4.9mm.每焊道层间温度要低于

150℃,并将每层焊道的焊接熔渣清除干净.

（4）在立焊位置发生烧穿的可能性比其它位置

大,更需要严格控制焊接热输入.

（5）采用补弧板进行腐蚀坑补强,补板间最小距

离,补板与环焊缝和螺旋焊缝的距离应大于3倍壁

厚,并且大于20mm.

参考文献

1,APIStansard1104,WeldingofPipelineandRelatedFacilities.

2,BANGIW,SoNYP.oHKHeta1:

NumericalSimulationof

SleeveRepairWeldingofIn—ServiceGasPipeline.Welding

Journat,2002（12）.

3,LundinCD,GillTPS,QiaoCYPetal:

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carbonmicro—alloyedsteelsformarinestructures,Welding

ResearchCouncilBulletin,1990（359）.

4,BruceWA,HoldrenRL,MohrWCetal:

RepairofPipeline

bvDirectDepositionofWeldMeta1——FurtherStudies.PRC/

International,ProjectPR一185—9515,November1996.

5,SY/T6554—2003,在用设备的焊接或热分接程序

6,田锡唐:

焊接结构,机械工业出版社（北京）,1981.

7,周振丰张文锇:

焊接冶金与金属焊接性,机械工业出版社（北

京）,1988.

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（收稿日期:

2006—1019）

（编辑:

吕彦）

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