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摘要：城市燃气管道建设的速度，在城市化进程下日益加快。而对于城镇燃气管道环焊缝开裂的问题也开始突显出来。为此，本文将深入分析管道失效的具体原因，并利用断口化学成分的分析拉伸性能测试，以及钢管母材金相分析的方法，在相关载荷计算下得出燃气管道外载荷的可能性来源，从而在相应技术的支持下，确保城镇埋地燃气管道的良好运行。
关键词：燃气管道；环焊缝；失效；管道安全
关于城市燃气管道建设，在速度上越来越快，已经迈入高速发展时期，在很大程度上影响着人们的环境与生活。因有的燃气管道埋设时间比较长，而且燃气管道容易被损坏，其本身的特点具有易燃性，所以燃气管道存在问题，容易致使安全事故的发生。为让社会公共安全得到良好的维护，需要详细分析城镇燃气管道失效的基本原因，以此确保城镇燃气管道的稳定运行。
1分析断口理化性能
拉伸性能、夏比冲击功测试，以及金相分析等，这些都是钢管理化性能分析包括的具体内容。
1.1断口宏观形貌
沿着环焊缝直管侧开裂，240mm，这个断口没有明显塑性变形的情况，主要的断口特征是脆性。具体来讲，沿焊缝开裂的地方断口是平剂的，表面平整，外表粗糙呈现出放射状态。所以可以判断出平齐区内表面是先起裂，并向着外表面和管周方向进行扩展，而且扩展的区域断口有撕裂痕迹。
1.2断口微观形貌
关于断口微观形貌，主要采用的是线切割在断口平齐区取样，并且通过超声波振动，再实施微观形貌的观察。结果显示收敛于内壁根部没有熔合的地方，断口扩展的区域呈现出的断口形貌特征属于脆性断裂。而收敛于内壁内部的原始缺陷，主要是以原始缺陷物质O 和 Fe 元素为主。所以通过断口特征可以知道，没有熔合缺陷的起裂区属于多源化开裂状态。
2理化性能检测
2.1夏比冲击测试
ZBC2752－Ｄ型冲击试验机是夏比冲击试验使用的主要设备。该设备是通过钢管母材夏比冲击试样，沿着管体横向截取，钢管螺旋焊缝夏比冲击式样是在垂直与螺旋焊缝的位置处进行截取。具体而言，夏比冲击功试验温度在－２℃这个范围，其缺口类型是V型。
夏比冲击测试主要有直管，三通和环焊缝的基本性能。其中直管和三通冲击试样是采取横向试样的方式，而且试验温度取正常温度5℃和液氮温度-196℃。而对于环焊缝冲击试样在没有开裂的环焊缝地方进行截取，因没有开裂环焊缝的尺寸比较有限，所以试验温度要取常压下的液氮温度（-196℃）。
2.2分析钢管母材金相
取样的时候在钢管母材处，使用以下两个系统分析钢管母材显微组织，夹杂物等，包括MEF4M金相显微镜系统和图像分析系统。由此可以得出，铜管母材组织是多边铁素体十珠光体，非金属夹杂物比较少。
取样时在没有开裂的环焊处位置进行断口试样金相分析，结果显示出环焊缝为不等壁厚焊接，在三通侧和直管侧母材在组织上都为铁素体和珠光体，对于低钢线管线钢属常见组织，其断口平齐，没有明显的变形现象，而且断口的附近组织也没有异常组织的变形。
2.3拉伸性能测试
钢管母材拉伸试样沿着管体横向进行截取，钢管螺旋焊缝拉伸式样在垂直与螺旋焊缝的地方进行截取，而且拉伸式样为全壁厚板状试样。所以，钢管母材，焊缝拉伸性能基本上符合钢管要求的标准。另外，拉伸性能测试，通过直管和三通的拉伸，试验结果基本满足实际拉伸性能的要求。
3关于载荷计算
管道环焊缝的开裂，通常情况下外观都是沿着轴向360°产生断裂，而且看不到原来的裂纹，所以管道受力可以产生不同程度的问题。对于管道来讲，受到比较大的轴向载荷，所以环焊缝处壁厚的程度不同，存在着应力集中的因素，比如焊瘤的情况，此时应力就会比环焊缝低，且因抗拉强度产生横向载荷的不均匀，也让环焊缝受到比较大的剪切应力，所以剪切应力超过环焊缝抗剪强度，致使管道两侧上下错动断裂的问题。
3.1轴向载荷导致断裂
一个轴向应力与其它轴向应力进行叠加，以此实现环焊缝的抗拉强度。因断裂没有见到壁厚减薄，所以可以判断为焊缝断裂是脆性断裂。
3.2剪切载荷导致断裂
导致城镇燃气管道环焊缝开裂的原因主要与产生的剪切应力有关，有抗剪强度很重要。所以如果是横向剪切载荷可能因为沉降的不均匀引发路面的载荷。考虑到不同应力强度系统数，因为应力强度系统大，应力集中就比较大。由此可以发现，如果轴几载荷致使断裂发生，需要1.12×106N的外力。如果断裂的原因是剪切载荷，外力就需要1.05×106N。
3.3环焊缝原始缺陷失效时需轴向应力
对于环焊缝开裂而言，本质上属于环开裂的情况，受轴向应力，残余应力、缺陷等多方面的影响产生共同作用。为让原始缺陷失效需要的轴向应力得到确定，在已知缺陷尺寸，材料性能和残余应力的前提下可以选取如下参数。第一，计算缺陷的时候，需要依据内表面半椭圆裂纹型缺陷进行有效处理。第二，焊缝力学性能按照直管侧力学性能来做取值，确定抗拉强度在499 MPa的范围，并且冲击韧性计以115、21、4.5、2J这些数值来计算。第三，实施管线注氮作业的时候，管线正常压力位于0.1～0.3MPa，所以计算取0.3MPa。第四，焊缝残余应力取182MPa。也就是意味着在冲击韧性降低的情况下，环焊缝原始缺陷需要的轴向应力也就越低。
3.4注氮作业中管线承受的轴向应力计算
实施管线注氮作业的整个过程里，轴向应力具体包括内压产生的轴向力和温度变化产生的轴向力。第一，实践表明，在注氮温度为 5℃的时候，可以接受4个原始缺陷。第二，当降到韧脆转变温度到-5.9℃时，也可以接受4个原始缺陷。第三，如果温度降到-30℃，焊根处轴向应力就可以在206.2 MPa的范围。如果温度为-30℃，没有熔合缺陷就会产生开裂失效的现象。第四，温度降到-196℃，焊根处轴向应力就会大于液氮温度，并且会让原始缺陷焊缝开裂失效。第五，环焊缝为不等壁厚环焊缝，并在焊根处因壁厚过渡引发截面形状的改变，导致外力使用的时候出现应力集中现象，此时可计算不等壁厚焊缝处的应力集中系数。
4综合分析
在实际性能分析中，钢管化学成分，夏比冲击功，以及金相结果正常，整体的拉伸性能也能够充分满足标准的要求。
环焊缝的开裂主要是用脆性断裂，比较明显的是环焊缝根焊焊瘤，而且其中存在严重应力集中的问题。进行管线布设的时候，管线受到外载荷的作用，在根焊处产生裂纹，裂纹由环焊缝的地方扩展，致使环焊缝出现断裂失效的情况。但是，作为环焊缝断裂失效的主要原因外载荷，主要包括地面沉降，作业施工，以及大型载荷扰动等。
当前管道承受着多种应力状态时，而具体的应力又包括施工焊接组的预应力，焊接的残余应力，促使内外温差造成热应力，外部载荷应力等。但是主要失效的原因还是外部载荷的应用作用，进而在管道弱的地方产生断裂，并且这种断裂还会继续加以扩展。
管道受力在载荷估算结果中有如下两种情况。第一，因环焊缝处壁厚不等，而且存在焊瘤等因素，致使应力相对集中化，应力低于环焊缝抗拉强度而产生脆性断裂。第二，管道环焊缝两侧的问题是存在不均匀现象，促使环焊缝受到较大剪切应力，当超过环焊缝抗剪强度时，管道环焊缝的两侧上下就会产生断裂。
5结语
总体而言，城镇燃气管道环焊缝开裂，最为主要的原因是作业人员操作不当致使出现低温环境，产生管材性能的脆化，而且在温度变化产生的轴向拉伸应力和焊缝余应力的作用下，有时开裂的地方会扩展。为此，在未来的行业发展中，要想让焊缝及应力集中位置的开裂问题得到有效避免，必须不断强化作业人员的技术能力，进一步做好专业化的培训工作。
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