孙颖昊，程玉峰

(加拿大卡尔加里大学机械工程系 阿尔伯塔 卡尔加里 T2N 1N4)

0 引 言

管道是能源运输最高效、最安全的方式。随着能源需求的持续增加，为满足经济发展与民生需要，管道建设方兴未艾。据美国能源部预测[1], 全球能源总需求从2003年到2030年将增长71%，其中化石能源仍将占主要份额，管道建设会进一步增长。同时，管道在“绿色”能源，包括氢气、生物气体、超临界二氧化碳运输以及氢气/天然气混输方面，以其高效、经济、安全的特点，已经得到普遍重视，管道甚至被认为是达成全球净零碳排放目标的关键[2]。

管道在长期服役过程中，其完整性会受到多种因素的影响，例如腐蚀、疲劳、机械损伤、材料与焊接失效、杂散电流、地质灾害、第三方破坏等[3]。管道一旦失效，其后果往往十分严重，不仅造成能源损失，而且会破坏环境与生态，甚至导致人身伤亡事故[4]。

现场经验表明，管道失效经常发生在焊缝区。在保障焊接质量的情况下，管道焊缝区失效的3个主要原因是机械断裂、腐蚀与氢脆[5]。焊缝区的组织结构和机械性能与管线钢基体存在较大差异，管道本体可以承受的应力与应变在焊缝区则可能会导致裂纹引发。涂层在焊缝区失效会产生腐蚀环境，焊接接头不同区域的组织、结构、性能的差异会使它们之间在腐蚀环境中产生电化学活性差以及微电偶效应，导致局部区域(例如热影响区)优先加速腐蚀[6]。此外，氢原子可通过焊接、腐蚀、氢分子解离吸附等因素进入管线钢，富集在焊缝区，产生各种氢损伤(Hydrogen damage)[7-8]。……