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。     

螺旋埋弧焊管的残余应力形成及控制措施

对目前螺旋埋弧焊管最常用的外控成型方式成型过程中的残余应力形成进行了分析,并提出了控制及调整措施。同时对弹复量测量采用切环试验取样、水压试验、冷扩径及预精焊等降低和控制残余应力的方法进行了详细分析。指出生产过程中需根据产品的钢级、规格及壁厚,采用合理的成型参数,只要生产中控制合理,可以使用螺旋埋弧方式生产出残余应力水平较低的高钢级厚壁厚的产品。     

螺旋缝埋弧焊管的水压和稳压试验及残余应力

对外径 660mm、壁厚 7 1mm国产内胀成形X60钢级螺旋缝埋弧焊管的未水压、水压后和稳压后 3种管段样品 ,用机械切割应力释放法进行了内外表面残余应力的测试。试验结果分析表明 ,油气输送管出厂前的水压试验以及油气管道施工完毕后的稳压试验均会使螺旋缝埋弧焊管内外表面总体残余应力分布趋于均匀 ,并且明显降低内表面残余应力 ,特别是对呈残余拉应力的焊缝区域作用更大。研究分析认为 ,把我国螺旋缝埋弧焊管水压试验压力从 0 9SMYS提高到1 0SMYS ,甚至接近焊管屈服强度 ,可消除或降低螺旋缝埋弧焊管有害的残余拉应力。     

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。     

大口径直缝焊管扩径后外表面周向残余应力的估算

通过对直缝焊管扩径过程变形机制的分析,导出了用环劈法估算扩径后焊管外表面周向残余应力的公式.实测结果证实,用该公式估算的σθ能正确反映扩径后直缝焊管外表面周向残余应力的分布状态和峰值水平.但对于扩径前的直缝焊管,用该公式估算的σθ仅近似反映焊管外表面周向残余应力分布的中值水平.     

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。     

高钢级螺旋焊管成型应力有限元数值研究

采用三维有限元对高钢级螺旋焊管成型过程的应力分布进行了计算,在此基础上研究了不同钢级、不同壁厚螺旋焊管成型内辊下压量以及成型后应力。结果表明:钢高级螺旋焊管成型后应力在管体分布不均匀,除了自由边及其附近的环向应力,成型后内表面的轴向和环向应力呈压应力分布,外表面的轴向和环向应力呈拉应力分布;板材在弯曲成型过程中,处于三辊弯板区域的成型内辊下方时,成型等效应力最大,经过成型辊后板材发生回弹变形,内外表面等效应力大幅减小,中间部位等效应力略有减小,在经过外控辊时,等效应力不发生明显变化;随着钢级的提高,相同管径的螺旋焊管合适的成型内辊下压量随之增加,不同钢级螺旋焊管成型后内外表面递送边的环向应力都随钢级升高而增大;随着成型板厚度增加,合适的成型内辊下压量减小,递送边的环向应力随厚度增加而减小,轴向应力随板材厚度变化不大。研究成果可为制造低残余应力、高质量螺旋焊管提供借鉴参考。     

螺旋焊管扩径装备智能化的研究与实践

为了提高现有螺旋焊管生产线扩径设备自动化、信息化、智能化水平,联合采用RFID（射频识别技术）、机器人、MES系统及物联网平台等技术,对现有螺旋焊管扩径设备进行了改造。介绍了焊管生产线扩径工序的自动模式及其相应的运动控制流程,智能化过程中的数据交互,扩径工序的执行过程,及扩径工序模拟图及工艺数据的自动生成、自动测量、自动判定,及判定结果的自动保存等工作过程。实际使用结果表明,对螺旋焊管扩径设备进行的智能化改造提高了钢管的扩径质量和扩径效率,达到了预期的效果。     

HU-METAL法成型钢管的残余应力分析

对ＨＵ－ＭＥＴＡＬ法卷制成型大直径直线烛钢管残余应力进行了分析讨论。根据ＨＵ－ＭＥＴＡＬ法成型原理及试验表明，此法可使焊管总体残余应力趋于均匀，并对减少残余应力有较为明显的效果，与同钢级、同规格的冷扩径ＵＯＥ钢管相近。     

螺旋焊管切环试验残余应力评价方法分析

简要介绍了测量螺旋埋弧焊管残余应力的主要方法及其特点。分析了钢管成型焊接后残余应力的分布情况。通过切环试验获得切环弹复量的方式,因其简单、易操作而成为实际评价螺旋埋弧焊管残余应力大小的主要方法。介绍了确定残余应力与切环弹复量的关系时国内常用的3种做法。最后,根据板料的弹塑性弯曲理论,通过残余应变和弹复弯矩分别推导了弹复量与残余应力的关系,并对结果进行了合理性评价。     

直缝埋弧焊钢管供需情况分析

结合我国石油天然气输送管道及用管情况,就国内外螺旋焊钢管的生产和应用情况,国外直缝弧焊钢管的发展,国内油气输送用钢管的需求情况作了介绍。就直缝埋弧焊钢管和螺旋焊钢管的使用性能作了对比分析,指出国外直缝埋弧焊管快速发展,螺旋焊钢管日趋衰落有多方面的原因。结合我国油气输送管道建设的安排和规划,对直缝弧焊钢管的供需情况作了分析,介绍了我国石油制管工业现状及我国直缝埋弧焊钢管的发展情况。     

数字焊机埋弧焊接工艺参数优化

为适应智能化制造的发展趋势,提高对数字焊机的焊接性能研究水平,建立了数字焊机管线钢埋弧焊工艺参数数学模型并验证分析。结果表明,当焊缝面能量100 J/mm2相似文献   

螺旋焊管成形过程的有限元分析

根据螺旋焊管成形过程中板的变形特征 ,以及焊管管壁的层间剪切残余应力 ,提出了一种特殊的单元划分方案。这种方案能在保证一定精度的情况下 ,大大减少单元和节点数 ,从而能在微机上用有限元法对螺旋焊管成形过程进行有限元数值模拟。对多种成形工况的计算结果表明 :(1)钢管的残余应力在焊接前两边比中间大 ,且自由边比递送边大 ;(2 ) 2号辊下压量h对残余应力的影响远大于板宽的影响 ,h越大 ,螺旋焊管成形过程中形成的残余应力越小 ,对于管径D =10 16mm的钢管 ,h =4 80 4mm比较合适 ;(3)螺旋焊管成形过程中形成的残余应力随板宽的增加而减小     

内衬双金属复合管紧密度测量及影响因素

介绍了双金属内衬复合管的成型工艺及主要成型方法,分析了双金属复合管在液压成型后,内、外层钢管的受力状态。根据变形协调条件,得出复合管内外层残余接触压力与残余接触应力的正相关关系式。依据滑动摩擦原理,提出了通过测量内外层间的推脱力,替代API SPEC5LD推荐的测量残余接触应力计算紧密度的方法。最后分析了紧密度的影响因素,即紧密度的大小受复合管成型液压压力、后续涂敷温度和现场试压压力的影响。     

X80钢级φ1219×18.4mm螺旋焊管的研制与应用

X80钢级φ1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管、X80管线钢焊接材料(焊丝、焊剂)等新产品,是为满足西气东输二线工程的急需而开发的。该产品应用了低碳、高铌钢的合金体系,实现了18.4mm热轧卷板的大批量工业化生产。研制成功的X80钢级φ1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管,各项技术指标均满足Q/SYGJX0102-2007《西气东输二线工程用螺旋埋弧焊管技术条件》要求。目前,该产品已应用于西气东输二线管道工程。     

X80螺旋埋弧焊管对接环焊接头失效裂纹分析

通过化学成分、微观组织、断口形貌分析等方法对某管线建设中X80螺旋埋弧焊管环焊接头裂纹产生的原因进行了研究。结果表明,裂纹出现于对接焊缝焊趾处,呈现沿晶+穿晶的开裂形貌,属于焊接冷裂纹。焊接接头气孔、夹渣和焊接死口处拘束应力过高是裂纹产生的主要原因,焊接工艺不当是裂纹产生的直接诱因,焊接前对管径周向全尺寸进行预热是防止该裂纹产生的主要途径。