2024/1/17慶鐵輸油管道螺旋焊縫破裂原因分析2024/1/172024/1/171、背景

1997年7月12日凌晨2時30分，大慶至鐵嶺輸油管道長春段（距垂楊輸油泵站出站口150米處）突然發生破裂，導致全線停輸，經過了27h的搶修，更換了破裂管段。為了查明管道破裂的原因，隨機開始了調查和分析工作。該管道始建于1973年10月，1974年8月全線投入運行。管道在垂楊輸油泵站的允許最高出站壓力為4.02MPa，管道破裂前出站運行工作壓力為3.9MPa，運行平穩。破裂管段為φ720*8，16Mn螺旋焊縫鋼管。2024/1/172、管道破裂的宏觀檢查

管道沿螺旋焊縫中間開裂，裂紋長達1480mm，最大開口為18mm,裂紋兩側壁的最大錯邊量10mm。管道螺旋焊縫采用埋弧自動焊，其焊接結構及各部尺寸如圖。2024/1/17

將開裂部分取下，可看出裂紋經內焊縫的一側穿過外焊縫的中心，裂口內焊縫處分布著多個大小不一的未熔合區（其中最大的未熔合區尺寸長度為159mm，深度為2.8mm）、層狀開裂區，縱向纖維區和剪切區，在裂口從焊縫內側未熔合區開始向外焊縫擴展并連接，在最大未熔合區處首先貫穿整個焊縫，造成漏油。裂紋進一步沿焊縫擴展，形成大的裂紋，裂口在最大未熔合區的剪切唇處最薄，并向裂口兩端逐漸增厚。2024/1/173、破裂管段的材質鑒定2024/1/17

破裂管段管材的化學成分列于表1中。從管材的金相照片看出其金相組織比較細小，主要由鐵素體和珠光體組成，有輕微的帶狀特征，夾雜物含量很少。按照我國石油天然氣輸送管道用螺旋焊縫埋弧焊接管標準，參照美國石油學會管道用螺旋焊接鋼管標準，測定了破裂管段管材的屈服強度、抗拉強度、沖擊韌性和伸長率，其結果列于表2中。由以上試驗結果看出，破裂管段管材的化學成分，金相組織和機械性能與正常的16Mn軋制板材相當。2024/1/173、焊縫檢查

3.1X射線探傷

經過目測檢查和測量，焊縫在外觀上無明顯缺陷。用X射線檢驗方法對斷口兩端1700mm長的螺旋焊縫進行無損檢測，為了對比，對環焊縫也同時進行檢查。環焊縫底片襯度均勻，只有少量夾渣和圓形缺陷，尺寸較小，屬合格焊縫；螺旋焊縫底片的對比度明顯不同，顯示出幾乎全部的內焊縫焊偏，即內外焊縫的中心線不重合或漏焊，從底片上看，在內焊縫的一側出現長短不一的黑線條，表明內焊縫存在不同程度的未熔合。這是一、二級合格焊縫所不允許的，為不合格焊縫。2024/1/173.2殘余應力測定

采用盲孔法對卸載后的管道的螺旋焊縫、環焊縫及母材的殘余應力進行測試，其結果列于表中。殘余應力測試結果表明，母材以及螺旋焊縫、環焊縫的焊肉及熔合線的殘余應力均小于母材16Mn的屈服強度。可見，殘余應力不是焊縫開裂的主要原因。2024/1/173.3螺旋焊縫的化學成分及力學性能

焊縫金屬的化學成分與母材相近。焊縫接頭的抗拉強度值較分散，低于母材抗拉強度的最小值。這可能與焊縫內存在的不同程度的未熔合有關。拉伸樣品斷裂位置在內焊縫一側，穿過外焊縫中心，斷口上也有明顯分為層狀區和縱向纖維區，其中層狀區的大小與內焊縫相當。焊縫的沖擊韌性比基材好。

2024/1/173.4焊縫區的金相檢查在裂紋尖端截取樣品，沿截面磨光后觀察焊縫金相組織及裂紋走向，在外焊縫中鐵素體呈粗大片狀沿柱狀晶界分布，晶內為魏氏組織鐵素體和珠光體。柱狀晶從外表面中心以不同角度向兩側放射狀分布，焊縫中心線附近的柱狀晶垂直于管材表面。內焊縫組織較細，條帶明顯，同樣從內焊縫表面中心向兩側放射狀分布，但在熔合線附近，柱狀晶帶狀組織幾乎平行于管材表面。由于內焊縫坡口附近柱狀晶帶狀組織平行于管材表面，與裂紋擴展垂直，因此焊趾裂紋在這段較寬，在斷口上形成層狀區，它的寬度與內焊縫寬度相當。當裂紋擴展到外焊縫后，裂紋沿著柱狀晶方向擴展，裂紋也變得尖銳，形成斷口上的纖維狀放射區。這種斷口特征和組織結構的對應關系進一步說明了開裂由內焊縫未熔合區等缺陷處開始，并向外焊縫擴展。焊縫金屬組織主要是鐵素體，強度較低，但韌性較好，因此焊接接頭具有較好的沖擊韌性。

2024/1/174、結論通過上述斷口檢查、試驗及分析計算表明，事故是由于焊接缺陷所