大澤動(dòng)力雙把發(fā)電電焊一體兩用機(jī)天然氣管道貴州省黔西南州晴隆縣管段于兩次發(fā)生燃燒爆炸事故，造成人員傷亡。同一條管道、在同一區(qū)域、不足一年時(shí)間里發(fā)生兩次環(huán)焊縫斷裂泄漏燃爆事故，引起行業(yè)對(duì)高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫質(zhì)量安全問題的擔(dān)憂，對(duì)高鋼級(jí)管道建設(shè)產(chǎn)生了負(fù)面影響。2018年10月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局成立了X80鋼級(jí)天然氣管道焊接及檢測(cè)研究工作組（市監(jiān)特設(shè)函〔2018〕1237號(hào)）。研究工作組專家組下設(shè)焊接組、檢測(cè)組、綜合組三個(gè)專項(xiàng)研究小組，在工作組框架內(nèi)開展了大量的研究工作。筆者對(duì)比分析了導(dǎo)致環(huán)焊縫斷裂的主要原因，重點(diǎn)介紹環(huán)焊縫韌性和強(qiáng)度兩個(gè)因素對(duì)焊縫斷裂影響的相關(guān)研究。

1 高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的斷裂特征

1.1 國(guó)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的斷裂特征

針對(duì)油氣管道環(huán)焊縫的脆斷問題，美國(guó)交通運(yùn)輸部管道和危險(xiǎn)物品安全管理局在2011年曾發(fā)布警示公告，指出在直徑大于508毫米的X70和X80管道返修口中出現(xiàn)了貫穿焊縫金屬的脆斷失效問題[1]。報(bào)告認(rèn)為這種脆斷失效模式是氫致開裂，主要原因是使用了EXX10纖維素焊條，引入了大量的氫，次要原因是局部幾何拘束和返修口的高拘束等。

圖?1??脆斷失效焊口照片

2019年，在美國(guó)州際天然氣協(xié)會(huì)組織的研討會(huì)上，PHMSA報(bào)告了關(guān)于彎管焊接中采用藥芯焊絲的環(huán)焊縫脆斷問題，也認(rèn)為是HAC和錯(cuò)邊量過大引起應(yīng)力集中所致。]公布的對(duì)X65管道環(huán)焊縫的研究報(bào)告也認(rèn)為，沿焊縫的脆性開裂屬于HAC裂紋，其原因包括焊縫金屬較高的碳當(dāng)量（局部維氏硬度450 HV）、根焊位置鉬元素的偏析、焊縫成型較差等。

國(guó)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的脆斷多為不等壁厚焊口，從焊趾起裂、在焊縫區(qū)從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展，且存在應(yīng)力集中問題（不等壁厚、錯(cuò)邊等）；研究認(rèn)為其主要原因是管道環(huán)焊縫在焊接過程中引入了過量的氫，從而導(dǎo)致了環(huán)焊縫氫脆斷裂。

1.2 國(guó)內(nèi)高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫的斷裂特征

1.2.1 脆斷宏觀特征

根據(jù)事故調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫脆斷時(shí)的環(huán)境溫度都在5 ℃～10 ℃以上；焊接工藝為手工焊打底+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充/蓋面；脆斷多發(fā)生在直管與彎管連接的不等壁厚焊口位置；斷口及管體宏觀上無塑性變形；起裂位置沿環(huán)向的分布沒有明顯規(guī)律性；裂紋多起裂于內(nèi)壁焊趾；裂紋在焊縫金屬內(nèi)部從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展，除最終斷裂區(qū)外，起裂和擴(kuò)展區(qū)均不進(jìn)入熱影響區(qū)和母材。圖?2 為環(huán)焊縫脆斷的宏觀特征。

?2??環(huán)焊縫脆斷的宏觀特征

1.2.2 脆斷微觀特征

裂紋起裂區(qū)域（打底焊）呈現(xiàn)局部塑性起裂；沿焊縫金屬的裂紋擴(kuò)展均為脆性擴(kuò)展，截面金相可見脆性二次裂紋（圖?3）；內(nèi)外壁及斷口均未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡。

圖?3??焊縫金屬脆斷金相特征

1.3 高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫斷裂共性特征

環(huán)焊縫脆斷多在不等壁厚焊口、從焊趾起裂、在焊縫區(qū)從內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展、且存在應(yīng)力集中（不等壁厚、錯(cuò)邊等），是國(guó)內(nèi)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫斷裂的共同特征。國(guó)外案例主要是環(huán)焊縫氫致脆斷，原因是使用的纖維素焊條所致。而我國(guó)自西氣東輸管道工程以來所使用的多為低氫焊條的多層多道焊，且在后一焊道對(duì)前一焊道的回火作用下，即便焊縫金屬未回火區(qū)存在局部氫脆，焊縫整體氫脆的可能性不大。

2 高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫斷裂的影響因素

比較分析國(guó)內(nèi)近年來發(fā)生的、等高鋼級(jí)天然氣管道環(huán)焊縫失效案例，梳理了環(huán)焊縫脆性開裂失效原因和影響因素[7]，主要包括：①焊縫沖擊韌性值離散、存在低韌性區(qū)域；②變壁厚連接不圓滑過渡造成的局部應(yīng)力集中；③焊接和返修過程中產(chǎn)生的危害性面型缺陷；④焊縫實(shí)際為低強(qiáng)匹配；⑤組合載荷條件。其中，與焊縫性能相關(guān)的是韌性和強(qiáng)度兩個(gè)因素。

• 發(fā)電電焊機(jī)焊接高鋼級(jí)油氣管道環(huán)焊縫斷裂問題研究