油气输送用大直径厚壁埋弧焊管残余应力及控制研究

针对油气输送用大直径厚壁埋弧焊管的残余应力问题,采用盲孔法测试了螺旋焊管和直缝焊管的残余应力,归纳了焊管制造过程中残余应力的演变规律,探讨了钢管制造过程中不同工序下残余应力的分布及其影响因素和控制方法。研究结果显示,板材矫直和钢管成型后的残余应力保持在150～200 MPa,且螺旋成型略大于直缝成型,成型过程的压下量对残余应力的影响有限;钢管焊接是在成型应力的拘束环境下进行的,直接影响焊缝的横向变形与残余应力,使得残余应力峰值不在焊缝中心,而是靠近焊缝区,螺旋焊管和直缝焊管的该区域残余应力均最高;制管过程中后续的水压试验、喷砂和防锈涂敷等工序,使残余应力得到大幅度降低,且分布更加均匀,螺旋焊管和直缝焊管残余应力峰值均保持在200 MPa左右,直缝管更低一些。研究表明,可以通过适当提高水压试验压力和涂敷温度的方法调节焊管残余应力。     

X80螺旋埋弧焊接钢管静水压爆破试验研究

静水压爆破试验是对螺旋埋弧焊接钢管承载能力的验证。介绍了静水压爆破试验的原理,分析了钢管承压应力和起爆位置裂口方向、试验装置等。以1 219mm×22mm X80螺旋埋弧焊接钢管为例,进行静水压及爆破试验。结果表明:钢管内压19.5MPa、保压600s,未发现焊缝和管体泄漏;测试最高压力28.12 MPa大于理论计算值22.56 MPa,钢管静水压稳压测试和最高压力满足Q/SY GJX 130—2014《OD1 219mm×22mm X80螺旋缝埋弧焊管技术条件》水压试验要求。爆破口位于管体母材,爆破口为韧性断裂,爆破开口方向与理论分析一致。     

焊管残余应力研究进展及展望

在焊管制造过程中需进行弯曲成型、焊接、水压、弯管、防腐等工艺过程,这些工艺过程造成的残余应力关系到焊管的服役寿命。介绍了焊管残余应力的研究方法、研究成果。指出,焊管的残余应力与其成型工艺关系重大,一般直缝焊管的残余应力水平低、分布均匀,螺旋焊管的残余应力水平高,且分布均匀性差。水压试验和扩径可以有效降低残余应力,但水压和扩径参数与残余应力的具体关系仍需要进行大量研究才能确定。最后指出,对切环法与磁测法的应用、螺旋焊管成型的精确模型、残余应力沿厚度方向的分布等问题仍需要进行深入研究。     

内胀和外控成型螺旋焊管残余应力的测试和比较分析

本文使用应力完全释放法测定了用两种制管工艺制造的螺旋焊管在水压试验前后残余应力的分布。认为螺旋焊管的残余应力是成型工艺引起的残余应力和焊接残余应力叠加的结果。两种工艺制造的螺旋焊管的残余应力有较大差异，水压试验对消除残余应力有较明显的效果。从防止应力腐蚀来看，在钢管外表面，内胀管的残余应力状态比外控管要好。     

X80螺旋埋弧焊管焊缝横向裂纹产生原因及预防措施

针对X80ф1 219 mm×18.4 mm螺旋缝埋弧焊管外焊缝浅层出现的横向裂纹,结合螺旋缝埋弧焊生产工艺的特点,分析了裂纹的产生主要是由于焊缝中心低熔点物质和焊缝熔池拉应力所致,并提出了几点避免横向裂纹产生的措施。     

X80级JCOE直缝埋弧焊管残余应力估算与分析

残余应力大小是焊管质量的重要控制指标.分析了残余应力的产生原因,给出了以环劈法和切块法估算直缝埋弧焊管残余应力的公式,通过与实测数值的对比,证明导出公式可以正确反映管体内残余应力分布状态.结合生产工艺对φ1016 mm×18.4 mm、X80钢级直缝埋弧焊管残余应力成因及分布特征进行了分析.     

螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺与性能研究

随着管道建设对管材性能一致性要求的提高,以及全位置自动焊工艺对管材几何尺寸精度更高的要求,需要研究改进螺旋焊管制备工艺。开展了X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺试验,对比分析了扩径前后管体的几何尺寸、残余应力及力学性能变化。结果显示,随着扩径量的增加,管体尺寸精度大幅提高,在扩径率为0.75%时,管体不圆度降低了20%,周长一致性提高了71%,噘嘴量减少35.4%,管体切断后对应的两个管端直径差值在1 mm之内;扩径可以进一步降低管材成型焊接形成的整体内应力以及表面应力,使得螺旋埋弧焊管残余应力一定程度减小;扩径后管材强度和屈强比略有上升,韧性略有下降,管材强度的一致性大幅提高,管材相关性能指标优于设计及施工标准要求。结果表明,X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管扩径工艺技术是可行的。     

基于ANSYS的直缝埋弧焊管焊接过程数值模拟

直缝埋弧焊管焊后残余应力是导致焊管应力腐蚀裂纹产生的主要原因.以有限元计算理论为基础,使用ANSYS软件给出了直缝埋弧焊管包括预焊、内外精焊在内的整个焊接过程的数值模拟方法,并对典型规格的直缝埋弧焊管焊接过程进行了模拟计算,给出了焊后管体的残余应力分布及应力峰值.     

钢级管线钢焊管研制

介绍了X80及X100管线钢管的开发,重点针对国家高强度管道建设工程的需要,介绍了高强度大直径埋弧焊管机组以及为适应X80钢管生产进行的制管工艺技术方面的研究改进,包括开发出适应于高速焊接的高强度、高韧性焊接材料,使西气东输二线用1 219 mm×18.4 mm X80螺旋焊管焊速达到1.75 m/min;研究了X80管线钢经受焊接热循环后性能变化规律及组织特征,提出合理的焊接线能量参数。介绍了1 219 mm×18.4 mm X80螺旋埋弧焊管、1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管实物产品性能。采用国产X80管线钢以及自主研究开发的埋弧焊接材料,成功开发出了X80钢级1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管和1 219 mm×22 mm直缝埋弧焊管产品,目前已为西气东输二线工程生产X80螺旋埋弧焊管和直缝埋弧焊管超过100万t,并在螺旋焊管机组上进行了1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管试制。     

三种残余应力测试方法在石油输送管中的应用

用Ｘ射线法，应力释放的切块法和钻孔法对高频直缝焊管，内、外控成型螺旋埋弧焊管进行了残余应力测定，通过分析和比较指出了它们的不同物理与技术涵义。     

螺旋缝埋弧焊弯管残余应力及使用安全性研究

为探明感应加热控轧钢螺旋缝埋弧焊管弯制后残余应力对使用安全性的影响 ,采用机械切割应力释放法 ,选取外径为 711mm、壁厚为 9 5mm的X60钢级的直管、弯管和热处理后弯管 ,进行内外表面残余应力的测试和力学性能试验。结果表明 ,感应加热控轧钢推制弯管的残余应力较直管明显增加 ,经回火热处理后 ,虽然残余应力状态得到明显改善 ,但强度指标进一步降低。还采用失效评定图技术和PREFIS软件分析了弯管热处理前后的使用安全性 ,指出残余应力对弯管的脆断倾向有较大的影响。据此建议对弯管的推制工艺和热处理去应力工艺展开研究 ,以尽量减小弯制和热处理中引入的残余应力并保持较高强度     

西气东输二线工程用X80级埋弧焊管的试制

介绍了用于西气东输二线工程的X80钢级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管和X80钢级、φ 1219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管的试制情况及检验结果。根据工艺评定结果确定:X80级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管采用钝边7 mm、坡口角度37°对称X型坡口,预焊焊丝为CHW60Cφ 3 mm、内外焊采用MK－680 φ 4 mm焊丝与神剑SJ101G焊剂匹配以及相应的焊接规范;X80钢级、φ 1219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管采用钝边7 mm、上坡口角度35°、下坡口角度40° X型坡口,内外焊采用H08C焊丝与锦州SJ101G焊剂匹配以及相应的焊接规范。试制结果均符合API SPEC 5L管线钢管规范和《西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件》的要求。比较发现X80钢级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管的屈服强度、屈强比相对钢板原料显著上升,伸长率显著下降;X80钢级、φ 1219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管的屈服强度、屈强比相对卷板原料略有上升,伸长率显著下降,抗拉强度变化不明显。     

采用加内压法提高焊管承压能力的方法和机理

本文简明分析了焊接钢管在焊缝及热影响区焊接残余应力产生的原因、分布状态及其对钢管承压能力的有害影响。提出了通过施加内压(水压)的方式来改善残余应力分布状态,提高钢管承压能力的方法;指出了改善残余应力分布的一些工艺因素,并对其机理进行了初步探讨。     

X80M钢Φ1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管导向弯曲不合格原因分析

针对X80M钢Φ1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管生产中出现的导向弯曲试验不合格现象,通过钢管性能分析、热模拟试验分析、焊接参数分析及微观组织分析等手段,对出现导向弯曲不合格的原因进行了系统、全面的分析,得出了以下结论:厚壁螺旋埋弧焊管生产时易出现热影响区软化;厚壁螺旋埋弧焊管卷板订货时强度不宜过高;螺旋埋弧焊管卷板板边的夹杂物缺陷在弯曲应力作用下,易形成脆性断裂区,最终导致开裂。通过控制焊接热输入、合理制定卷板强度范围、调整板边铣削量等手段可避免此类缺陷的产生。     

国产X80级螺旋埋弧焊管的试制

论述了采用国内某钢铁公司生产的X80级板卷试制螺旋埋弧焊管的过程,重点讲述了X80级板卷的进货检验、钢管成型参数的确定、焊接材料和焊接参数的选择及成品钢管的理化检验过程,通过对焊接材料及焊接参数的优化选择,确定了正确的焊接材料和焊接工艺参数,经检验证明首批试制的X80级螺旋埋弧焊管完全满足技术要求。对生产中出现的不足之处,提出了改进建议。     

HFW焊管静水压试验渗水缺陷分析

针对某X65级φ323.9 mm×6.4 mm高频直缝焊管在静水压试验过程中出现的渗水现象,对渗水钢管进行了压扁试验,并在SEM(扫描电子显微镜)下对断口形貌进行了分析.结果表明,焊管渗水的主要原因是焊缝中存在穿透性裂纹,而形成穿透性裂纹的原因是焊缝中心处存在焊接缺陷,这种缺陷在外力作用下,就会扩展到内外表面最终开裂.     

含缺陷石油管道极限承载能力分析

含缺陷的长输管线运行不安全 ,甚至可能导致管线失效。为此 ,研究了缺陷种类和尺寸对焊管极限承载能力的影响 ,并采用实物水压爆破试验进行了部分验证。由MPC -Prefis软件计算了X52ERW钢管在不同外表面裂纹尺寸下极限承载压力的变化规律 ,采用B31G公式计算含体积型缺陷钢管的极限承载能力。最后指出 ,对含表面裂纹缺陷的钢管 ,采用改进的B31G公式计算结果与实测值较接近 ,但在工程使用时偏于危险 ;采用API 579方法及Newton -Raphson公式计算结果偏于保守 ,且当裂纹尺寸达某一临界值后无法使用 ,对于含腐蚀性缺陷钢管 ,基于塑性失效准则的非线性有限元法能准确预测其极限承载能力     

前摆式螺旋埋弧焊管机组内焊缝裂纹产生原因分析

螺旋埋弧焊管内焊裂纹产生的原因众多复杂,应从钢管焊接前各工序状态、焊丝和焊剂匹配、焊接工艺参数选定等方面进行分析研究。着重分析了前摆式螺旋焊管机组焊前各工序对内焊裂纹的影响。     

X80级螺旋埋弧焊管用高强度高韧性烧结焊剂的研制

从焊剂渣系选择、焊剂碱度、稀土氧化物及焊剂颗粒度等对焊接工艺性能和焊缝力学性能的影响方面,介绍了西气东输二线X80级螺旋埋弧焊管用BG-SJ101H1烧结焊剂的研制。经实验室焊接试验,在φ1219mm×18.4mm X80级螺旋埋弧焊管批量试制中成功应用并检验合格后,已经用于西气东输二线焊管生产中。     

外径1 422 mm、X80高钢级输气管道的消磁技术

油气管道组对焊接过程中，管端管口处经常存在着剩磁，当剩磁较大时易发生磁偏吹，有可能影响焊接施工进度和焊接质量。中俄东线天然气管道工程首次采用外径1 422 mm大口径、X80高钢级管道，现有的消磁方法和消磁设备对其适用性难以确定。为此，通过分析管道剩磁产生的机理，探讨了不同消磁技术的原理和优缺点，选取直流消磁技术开展现场试验，分析了国内外典型直流消磁设备的消磁能力，进而开展了磁感应强度对焊接影响、经验判断方法和空间分布规律试验。研究结果表明：①现有的直流消磁设备消磁能力差异较大，试验所选用的A型号直流消磁设备针对外径1 422 mm、X80管道最大消磁能力可达490 mT，并且具有电压补偿功能，消磁能力和稳定性较高，而其余设备的消磁能力则相对较弱，难以满足大口径、高钢级输气管道强磁力情况下的现场消磁需求；②直流焊机以及永磁铁等消磁方法的消磁能力较弱，可以作为在施工现场没有专用消磁设备时的一种备选消磁法，仅适用于磁感应强度较低、局部开展消磁的情况；③为了确保焊接质量，实际作业过程中，当管口剩磁小于5 mT时方可进行焊接作业，此时剩磁对焊接影响可忽略；④剩磁在管端轴向和周向上分布不均匀，现场消磁时需局部调整。结论认为，该研究成果可以为大口径、高钢级输气管道消磁及焊接作业提供支撑。