بخشی از مقاله
مطالعه عيوب جوشکاري خطوط لوله انتقال نفت و گاز
چکيده : در تحقيق حاضر به بررسي ميزان عيوب ايجاد شده در فرايند جوشکاري SMAW خط لوله پرداخته شده است . نتايج آماري پروسه راديوگرافي مجموع ١٠٠٠سرجوش نشان دهنده . ميزان تعميرات جوش حدود ١٨,٤درصد ثبت شد،عمده عيوب تعميرات مذکور شامل تخلخل و حبس سرباره در حين جوشکاري مي باشد. از ميان عيوب حاضر ترک طولي و عرضي جز عيوب غير قابل تعمير حساب آمد. با شناخت و رديابي عوامل اين عيوب با راهکار مناسب در طي فرايند جوشکاري خط لوله ، بروز ترک هاي حاضر جلوگيري کرد.
واژه هاي کليدي: خط لوله ، گريدX٧٠ ، راديوگرافي ،جوشکاري ، عيوب ، علت و عوامل ، ترک عرضي و طولي .
١. مقدمه ١
بي شک صنعت گاز يکي از صنايع پيشرو و کار آمد در جهان و کشور ما مي باشد . از طرفي در سالهاي اخير اين صنعت با شتاب زيادي در سراسر کشور در حال رشد مي باشد. تأمين پايدار و ايمن انرژي يکي از مسائل مهم و استراتژيک درکل دنيا محسوب مي شود.
يکي از اقتصادي ترين روش هاي انتقال وجابجايي سيالاتي از قبيل نفت خام ، گازطبيعي و يا محصولات آ نها خطوط انتقال لوله اي مي باشد. [١] جوشکاري به عنوان تکنولوژي کليدي در ساخت خط لوله کاربرد دارد. در فرآيند جوشکاري دو قطعه فلزي به يکديگر اتصال داده مي شوند. فلز پايه همراه با فلز جوش ذوب و در هم آميخته شده سپس سرد و منجمد مي گردد. [٢] در طول چند دهه گذشته تقاضا براي توليد و توسعه خطوط لوله افزايش يافته است . زيرا به دليل ايمني بالاتر و اقتصادي بودن از خطوط لوله جهت انتقال نفت ، گاز و غيره استفاده مي شود.[٣] از قسمتهاي اصلي و بحراني در خطوط انتقال ، نواحي جوشکاري شده لوله ها مي باشد و يکي از مهمترين پارامترهاي مؤثر بر کارائي اين نواحي ريزساختار آنها مي باشد.به منظور جوش مناسب به جوشکار به کار گرفته شود .فولاد کم آلياژ استحکام بالا کاربرد گسترده اي در صنعت انتقال نفت وگاز دارند. لوله هاي فولاد کربني مطابق استاندارد API L٥ طبقه بندي مي شوند. از جمله گريد X٧٠ که براي انتقال گاز سراسري به قطر ٥٦ اينچ مي باشد.[٤] اکثر تحقيقات انجام شده در مورد API SLمربوط به معضل جوشکاري لوله هاي استحکام بالا مانند(X٧٠)
ترک هيدروژني مي باشد که در اثر حضور هيدروژن ، تنش هاي پسماند و ريزساختار مستعد به وجود مي آيند. نتايج بررسي ترک خستگي جوش براي گريد٦٠ Xو X٧٠ نشان داد که در مقابل ترک پنجه جوش گريد X٧٠ مقاومت بهتري دارد. با استفاده از الکترود هاي داراي کم کربن کمترمي توان سختي تاحدودي کاهش داد[٥] بررسي هاي تاثير جوش بر ميکرو ساختار فولاد X٧٠ نشان دادکه در صورتي که ميزان تغييرات سختي با تغيير جريان ، کمتر و توزيع آن يکنواخت تر مي باشد.[٦] اگر سرعت سرمايش نسبتا بالا باشد .
در منطقه فلز جوش ريز ساختار فريت سوزني و فريت ويدمن اشتاتين به روي فريت مرزدانه اي رشد کرده است وجود ريز ساختار غالب فريت سوزني به دليل جهت گيري تصادفي و در هم تنيدگي بالا سبب افزايش همزمان چقرمگي و استحکام مکانيکي شده است با افزايش حرارت ورودي ميزان فريت ويدمن اشتاتن و فريت سوزني کاهش مي يابد. با افزايش جريان جوشکاري و کاهش سرعت جوشکاري سختي کاهش مي يابد. در صورتي که ميزان تغييرات سختي با تغيير جريان ،کمتر و توزيع آن يکنواخت تر مي باشد[٥] در حين انجام عمليات جوشکاري خط لوله با فرايندSMAW به علت نامناسب بودن شرايط کاري و خطاي جوشکار موجب بروز عيوب مختلفي از جمله ترک، نفوذ زياد يا کم ، تخلخل ،حبس سرباره ، ذوب ناقص يا عدم ذوب ، بريدگي کناره جوش و... مي شود لذا دست يابي به درصد تعميرات پايين در خط لوله از نکات مهم مد نظر مي باشد.بنابراين پيگيري و تلاش به منظور کاهش هرچه بيشتر عيوب براي جوشکاري لوله ها در اولويت قرار دارد البته با توجه به حجم عمليات جوشکاري بروز عيوب اجتناب ناپذير بوده ، تحقيق حاضر به بررسي عيوب جوش و تاثيراقدامات اصلاحي نظارت بر بهبود کيفيت جوش در جوشکاري لوله هاي ٧٠ API SLX با قطر ٥٦ اينچ پرداخته شده است .
٢.روش و مراحل تحقيق
به منظور تحقيق عمليات جوشکاري لوله هاي ٧٠ API SLX با قطر ٥٦ اينچ با ضخامت ٠.٧٨٠ اينچ باترکيب شيميايي ذکر شده در جدول ٤ بر روي ١٠٠٠ سرجوش انجام شد مطابق مشخصات روش جوشکاري (WPS ) ابتدا دو سر لوله مد نظر جهت اتصال به ميزان ١٥٠ سانتيگراد پيش گرم شد ، با گيره داخلي لوله جفت (fit up) گرديد ، جهت جوشکاري پاس ريشه از الکترود E٦٠١٠ با قطر mm٤ با وضعيت سرازير توسط چهار جوشکار داراي صلاحيت استفاده شد و پس از سنگ زني پاس يک به فاصله ٥الي ١٠دقيقه بعد از پاس يک ، پاس دوم (پاس گرم ) توسط الکترود٨٠١٠ E با قطر mm٤ انجام و جهت ساير پاس هاي جوش تا مرحله تکميل از الکترود ٨٠١٠ E با قطر mm٥ استفاده گرديد ، پس از از پاس دوم لوله توسط سايد بوم (جرثقيلي مورد استفاده در خط لوله ) بروري تراورس چوبي قرار گرفت ، با استفاده از واير برس گل جوش (slag) آن حذف گرديد..عمليات راديوگرافي بروي تمامي سر جوشها با روش پانوراميک که در شکل ١ مشخص است با عبور پرتو گاما به سمت قطعه تحت آزمون تابانده ،پس از عبور از قطعه ، پرتوها دچار تضعيف مي شوند ،نهايت پرتوهاي خروجي بر روي فيلم پرتونگاري ثبت مي گردند. شرايط راديوگرافي براي سرجوش هادر جدول ١ نمايش داده شده ، ساختار داخلي قطعه تحت آزمون ،پس از مراحل ظهور و ثبوت فيلم ، مناطق تاريک و يا روشني در فيلم به وجود آمد. بررسي و تفسير اين فيلم پرتونگاري، نقص ها و معايب مطابق استاندارد١١٠٤ API نتايج دو بار مورد تفسير قرار گرفت .
شکل ١- شماتيک روش پانوراميک
جدول ١- شرايط راديوگرافي براي سرجوش ها
٣. ارائه و تحليل نتايج
ميزان عيوب بدست آمده در عملياتي به طول بيش از ١٢کيلومتر براي ١٠٠٠سرجوش در جدول ٢ مشخص شده است . اين مجموع سرجوش هاي معيوب طبق با دستور العمل مورد تائيد اصلاح مي شود.از تعداد سرجوش هاي ، حدود ١٨,٤% قابل تعمير مي باشد و ١,٨ % از سرجوش ها مردود بوده ، مي بايست بريده ، مجددا جوشکاري شود. بنابراين ٧٩,٨% از کل جوش ها در محدوده پذيرش استاندارد بوده است . عيوب حاضر را مي توان به چند دسته تقسيم نمود: ١- عيوب پاس يک (Root)٢-پاس هاي پرکني (Filling)٣-پاس رو (Cap) ،براساس نتايج راديوگرافي درصد عيوب حاصل براي هر نوع عيب در جدول ٣ مشخص شداست ، بيش از %٧٨عيوب داخلي بوده و مابقي عيوب ظاهري مي باشد، عيوب داخلي به صورت بيشتر تخلخل يا حفره هاي گازي و حبس سرباره به همراه سوختگي داخلي مي باشد. عيب در پاس هاي پرکني ، سهم قابل ملاحظه اي از عيوب را به خود اختصاص داده است .
جدول ٢- ميزان کل تعميرات براي مجموع ١٠٠٠ سرجوش
جدول ٣- نتايج راديوگرافي درصد کل عيوب
شکل ٢ نمودار درصد عيوب داخلي موجود را نشان مي دهد که تخلخل در پاس پرکن به عنوان بيشترين ميزان عيب ذکر شده مي باشد. تخلخل در شکل هاي مختلفي به وجود مي آيدکه معمولا استوانه اي بوده ليکن احتمال بروز ساير حالت ها مانند(کروي ،خوشه اي ، سطحي ) وجود دارد. .نتايج نشان داد که تخلخل به وجو آمده در تمامي محل هاي جوش موجود ناشي از رطوبت الکترود مي باشد.
حبس سرباره يا ناخالصي هاي به علت عدم تميز کاري مناسب بود، عمدتادر قسمت زير جوش مي باشد ، شکل ٢ درصد عيوب تفکيک شده داخلي قابل تعمير را نشان مي دهد از ميان عيوب هاي حاضر در تحقيق که در شکل ٣ عيب پايين يا بالا بودن لوله ( Hi-Low) و ترک عرضي و طولي به عنوان عيوب مردود معرفي شده است .
شکل ٢ - ميزان کل عيوب و عيوب داخلي با هر ميزان براي هر نوع عيب
شکل ٣ –ميزان عيوب مردود
٣-١- عيب پايين يا بالا بودن لوله ( Hi-Low) در خط لوله :
عيب مذکور ناشي از نقص گيره داخلي در جفت کردن مناسب لبه ها که به علت تغيير هندسه ابعاد لوله مي باشد، قرارگيري در دپو(انبار) نامناسب لوله ها و يا عدم دقت کافي در زمان خمکاري لوله منجر به بيضوي شدن لوله ها گرديده ،که لوله از شکل دايره اي به شکل بيضوي تبديل مي شود. اختلاف سطح بين دو لبه ( Hi-Low) موجب عدم نفوذ کافي وغيرکنواختي پاس ريشه خواهد شد.معيار پذيرش مطابق استاندارد ١١٠٤ API حداکثر در لوله هم ضخامت بيان شده است ، به منظور کاهش ميزان اختلاف سطح در دو لبه اقدامات اصلاحي در هنگام عمليات جوشکاري رفع نقص گيره داخلي ،کنترل مداوم اختلاف سطح لبه دوشاخه لوله قبل شروع عمليات جوشکاري مي بايست انجام گيرد. تعيين ميزان (بيضي ) از شکل ٥ امکان پذير است مطابق مشخصات فني ملي گاز در زمان خمکاري لوله ،حداقل قطرداخلي لوله در مقطع عرضي درمرکز خمش نبايداز ٩٧,٥% قطر داخلي (اوليه ) لوله باشد .منظور کنترل بهتر از همترازي لبه هاي دو لوله در حين جفت کردن ،پيشنهاد مي گردد از گيج هاي جوشکاري
استفاده شود. .[٧]
