大泽动力双把发电电焊一体两用机天然气管道贵州省黔西南州晴隆县管段于两次发生燃烧爆炸事故，造成人员伤亡。同一条管道、在同一区域、不足一年时间里发生两次环焊缝断裂泄漏燃爆事故，引起行业对高钢级管道环焊缝质量安全问题的担忧，对高钢级管道建设产生了负面影响。2018年10月，国家市场监管总局成立了X80钢级天然气管道焊接及检测研究工作组（市监特设函〔2018〕1237号）。研究工作组专家组下设焊接组、检测组、综合组三个专项研究小组，在工作组框架内开展了大量的研究工作。笔者对比分析了导致环焊缝断裂的主要原因，重点介绍环焊缝韧性和强度两个因素对焊缝断裂影响的相关研究。

1 高钢级管道环焊缝的断裂特征

1.1 国外高钢级管道环焊缝的断裂特征

针对油气管道环焊缝的脆断问题，美国交通运输部管道和危险物品安全管理局在2011年曾发布警示公告，指出在直径大于508毫米的X70和X80管道返修口中出现了贯穿焊缝金属的脆断失效问题[1]。报告认为这种脆断失效模式是氢致开裂，主要原因是使用了EXX10纤维素焊条，引入了大量的氢，次要原因是局部几何拘束和返修口的高拘束等。

图 1  脆断失效焊口照片

2019年，在美国州际天然气协会组织的研讨会上，PHMSA报告了关于弯管焊接中采用药芯焊丝的环焊缝脆断问题，也认为是HAC和错边量过大引起应力集中所致。]公布的对X65管道环焊缝的研究报告也认为，沿焊缝的脆性开裂属于HAC裂纹，其原因包括焊缝金属较高的碳当量（局部维氏硬度450 HV）、根焊位置钼元素的偏析、焊缝成型较差等。

国外高钢级管道环焊缝的脆断多为不等壁厚焊口，从焊趾起裂、在焊缝区从内壁向外壁扩展，且存在应力集中问题（不等壁厚、错边等）；研究认为其主要原因是管道环焊缝在焊接过程中引入了过量的氢，从而导致了环焊缝氢脆断裂。

1.2 国内高钢级管道环焊缝的断裂特征

1.2.1 脆断宏观特征

根据事故调查，现场环焊缝脆断时的环境温度都在5 ℃～10 ℃以上；焊接工艺为手工焊打底+自保护药芯焊丝半自动焊填充/盖面；脆断多发生在直管与弯管连接的不等壁厚焊口位置；断口及管体宏观上无塑性变形；起裂位置沿环向的分布没有明显规律性；裂纹多起裂于内壁焊趾；裂纹在焊缝金属内部从内壁向外壁扩展，除最终断裂区外，起裂和扩展区均不进入热影响区和母材。图 2 为环焊缝脆断的宏观特征。

 2  环焊缝脆断的宏观特征

1.2.2 脆断微观特征

裂纹起裂区域（打底焊）呈现局部塑性起裂；沿焊缝金属的裂纹扩展均为脆性扩展，截面金相可见脆性二次裂纹（图 3）；内外壁及断口均未发现明显的腐蚀痕迹。

图 3  焊缝金属脆断金相特征

1.3 高钢级管道环焊缝断裂共性特征

环焊缝脆断多在不等壁厚焊口、从焊趾起裂、在焊缝区从内壁向外壁扩展、且存在应力集中（不等壁厚、错边等），是国内外高钢级管道环焊缝断裂的共同特征。国外案例主要是环焊缝氢致脆断，原因是使用的纤维素焊条所致。而我国自西气东输管道工程以来所使用的多为低氢焊条的多层多道焊，且在后一焊道对前一焊道的回火作用下，即便焊缝金属未回火区存在局部氢脆，焊缝整体氢脆的可能性不大。

2 高钢级管道环焊缝断裂的影响因素

比较分析国内近年来发生的、等高钢级天然气管道环焊缝失效案例，梳理了环焊缝脆性开裂失效原因和影响因素[7]，主要包括：①焊缝冲击韧性值离散、存在低韧性区域；②变壁厚连接不圆滑过渡造成的局部应力集中；③焊接和返修过程中产生的危害性面型缺陷；④焊缝实际为低强匹配；⑤组合载荷条件。其中，与焊缝性能相关的是韧性和强度两个因素。

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