高钢级油气管道环焊缝接头性能及质量控制

在介绍管道环焊缝特点及重要性的基础上,分析了典型化学成分X80钢管自保护药芯焊丝半自动焊(FCAW-S)和熔化极气体保护焊(GMAW)环焊缝接头的关键力学性能。结果表明,无论采用FCAW-S还是GMAW方法并匹配相应级别焊丝进行环焊缝焊接,其接头的抗拉强度均满足标准要求。FCAW-S和GMAW环焊接头热影响区的韧性分散性大于焊缝,但是FCAW-S环焊接头焊缝的冲击吸收能量容易出现低值而导致不满足标准要求,而GMAW环焊接头焊缝和热影响区的冲击韧性均满足标准要求。强度匹配和焊接缺陷对管道环焊缝接头性能和承载能力有重要影响。为了保证管道运行安全,需要加强环焊缝焊接质量控制。     

高钢级天然气管道环焊缝断裂问题探讨

国内高钢级天然气管道环焊缝失效案例主要表现为沿焊缝金属的脆性断裂特征,环焊缝断裂失效的原因主要与焊缝冲击韧性低、变壁厚连接位置的局部应力集中、危害性面型缺陷等相关。通过重点分析自保护药芯焊丝的环焊缝金属冲击韧性、不等壁厚环焊缝接头局部应力集中的影响因素,提出了相应的失效控制要素和措施建议。     

高钢级管线钢管环焊缝高强匹配研究

对于环焊焊缝性能来说,焊缝金属屈服强度是管线设计的一个关键因素。介绍了钢管母材与焊缝金属的匹配关系及钢管母材屈服强度的分布曲线,论述了影响高强匹配焊缝金属屈服强度的因素,最后提出了高强匹配时焊缝金属屈服强度最小值的确定方法。     

大管径、高钢级天然气管道环焊缝焊接技术

唐山LNG外输管道是与规划建设中的中俄东线天然气管道、涿州—永清天然气管道等项目的互联互通工程,管道沿线主要地貌为沿海滩涂、连片鱼塘、水网、软土地基、果园和农田等,该工程采用了单管自重超过10 t、外径1 422 mm、X80钢级管道,焊接施工难度大、质量要求高,以往的半自动、手工焊等环焊工艺不能完全满足工程的需要。为此,基于X80钢管的环焊接头技术要求,结合该工程地貌特点和施工人力资源情况,提出了以管道环焊缝自动焊为主要焊接方法的环焊缝焊接工艺方案,并设计、确定了焊接坡口形式,优选了焊接材料和焊接设备,拟定了焊接施工管理措施。焊接工艺评定结果表明:所提出环焊缝焊接工艺获得的焊接接头、强度、韧性、硬度、低倍金相等理化性能试验结果均满足相关标准和设计的要求。该工程项目现场焊接实践证明,采用所提出的环焊缝焊接工艺进行焊接施工,焊接质量优良、施工效率高,从施工质量管控过程中总结出的质量管控关键点,可以为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供借鉴。     

高钢级管道环焊缝承载能力全尺寸试验研究

针对含缺陷的X80管道环焊缝,利用全尺寸弯曲试验、力学性能测试和失效评估分析等方法对环焊缝缺陷失效的类型及其承载能力进行了研究和分析,结果表明：试验钢管环焊缝在轴向载荷作用下管道内表面的缺陷在弯曲及内压作用下扩展至管道外表面,从而引发管道泄漏。管道内表面缺陷的开裂方式为可控的延性裂纹扩展形式;钢管弯曲至环焊缝泄漏过程中,钢管母材最大轴向拉伸应变为1.06%,全尺寸试验结果与计算结果一致性较好,可以确定管道的拉伸应变为0.79%。     

高钢级管道环焊缝的应变集中特性研究

当管道穿越地质灾害多发地区时,可能会受到较大的位移作用。管道环焊缝处的结构特性及材料特性使其在位移作用下,将会产生局部的应变集中并发生开裂,从而影响管道的应变能力。因此,研究管道环焊缝处的局部应变特性,对于管道的安全评价具有重要意义。研究采用有限元模拟,结合材料损伤模型的方法进行,分析了低匹配及热影响区软化的高匹配环焊缝的应变分布。结果表明:对于低匹配环焊缝,应变集中的位置处于热影响区与焊缝交界的外表面。对于热影响区软化的高匹配环焊缝,应变集中位置会随位移及内压的变化而变化。内压对环焊缝应变集中程度具有重要影响,并可以显著降低管道的应变能力。     

基于主曲线法的高钢级管道环焊缝韧性表征

为了寻求高钢级管道环焊缝韧性的准确表征试验方法,对现有的冲击韧性与断裂韧性转化关系方法进行了对比分析,明确了不同方法的适用范围和限制条件.开展了X80管线钢半自动焊环焊缝的断裂韧性试验,并采用主曲线法对管线钢环焊缝的韧性进行了表征.结果表明,曲线法能够较好地描述高钢级管道环焊缝韧脆转变区的韧性离散情况,高钢级管道环焊缝可以采用基于主曲线的韧性表征方法.     

基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价

现行管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,基于应力的设计准则便不再适用。为了有效开展基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价,需要解决驱动力的应变表征和失效准则确定两个关键问题。通过对含环焊缝根部裂纹的高钢级管道进行有限元分析,得到基于应变的裂纹扩展驱动力,研究了缺陷尺寸、强度匹配及压力等因素对环焊缝应变能力的影响;对比分析了两种管道环焊缝断裂失效准则并明确其适用性。分析结果表明：缺陷尺寸不仅影响裂纹扩展阻力,而且影响裂纹扩展的驱动力,裂纹深度较长度对基于应变裂纹驱动力的影响更为明显;高匹配焊接的环焊缝具备更强的应变能力,承载能力也相应增强;错边和变壁厚等根部不连续会削弱环焊缝的承载能力;基于裂纹失稳扩展失效准则评价的是极限应变能力,对环焊缝的断裂韧度要求很高,建议选择基于断裂韧度准则的评价方法。所得结论可为高钢级管道环焊缝应变能力评估提供技术参考。     

基于应力设计的管道环焊缝缺陷评估

为了更为准确地评估基于应力设计管道环焊缝的缺陷尺寸,利用C#语言开发了管线钢管环焊缝宽板拉伸试验预制预测评估系统,基于国际上通用的焊缝缺陷评定规范API 1104,采用水平一(图表法)和水平二(失效评定图法)分别在不同的输入参量下对X80管线钢管进行了安全评定。结果表明,水平一(图表法)的评估结果更为保守,会低估管道的安全裕度;水平二(失效评定图法)的评估结果具有更好的工程实用性。     

某X65钢级输气管道环焊缝泄漏失效分析

针对某X65输气管道环焊缝泄漏失效问题,通过无损探伤、硬度试验、金相组织分析、扫描电镜分析等方法,对钢管环焊缝进行了分析研究。分析结果显示,焊接接头组织未见明显异常,但裂纹附近存在疏松组织,该疏松组织主要元素为铁和氧,以及少量铝、硅、钙、硫元素。研究表明,该疏松组织为焊接时未清理干净的焊渣,在外力和内压作用下,夹渣处裂纹相互贯穿形成穿透性裂纹,裂纹由内表面向外表面扩展,导致焊缝产生开裂而发生泄漏。     

高钢级管线钢环焊缝强度匹配与安全评价

简要介绍了管道焊缝强度理论,重点介绍了国内外管道环焊缝匹配和管道安全评价及缺陷容限的研究情况,通过对管道环焊缝的强度匹配及其安全评价方法的研究,对失效评定参量的确定进行了分析和讨论。分析指出,管道环焊缝强度匹配的选择和应用影响着焊接接头质量,同时不等匹配形成的性能差异对焊缝中裂纹扩展驱动力大小也有明显的影响。     

某天然气输送管道对接环焊缝泄漏失效分析

针对某天然气输送管道对接环焊缝泄漏失效,采用断口分析、微观形貌、能谱分析及力学性能测试等方法,系统分析研究了环焊缝的泄漏失效行为,讨论了失效机理。研究结果表明:根焊中残留的焊接药皮、焊接过程中产生的气孔和夹渣等焊接缺陷是引起失效的内在原因,管道沿线的边坡垮塌和地面产生的沉降加剧了根焊缺陷处的应力集中,是造成该环焊缝泄漏失效的外在原因。最后针对该类失效给出了相应的预防和控制措施。     

某输气管线环焊缝泄漏失效分析

为了分析某输气管线环焊缝泄漏失效原因,预防类似事件发生,通过磁粉检测、夏比冲击功测试、金相分析和扫描电镜等方法对环焊缝泄漏原因进行了分析。结果表明:环焊缝存在原始裂纹是管线发生泄漏的主要原因,受补焊作业影响,原始裂纹在焊接时已经形成,在附加应力、运行压力及焊接残余应力的共同作用下,焊接裂纹优先在晶粒粗大和高应力处等敏感位置相互连接,最终发生泄漏。建议提高管线焊接质量,并加强无损检测力度。     

管道环焊缝冷裂纹试验方法研究

国内外常用评定冷裂纹敏感性的试验方法有20多种,选择其中的斜Y形坡口试验、刚性拘束裂纹试验(RRC试验)和里海试验进行分析对比。通过对这3种冷裂试验方法拘束度的有限元计算以及管道对接环焊缝拘束度的模拟计算,得出以下结论:1同种材料、同样焊接工艺条件下,斜Y形坡口试验和平板对接试验焊缝拘束度远大于管道对接环焊缝的拘束度;2里海试验拘束度的大小与开槽的长度有关,槽越深,拘束度越小;同种材料、同样焊接工艺条件下,通过改变里海试样开槽长度可以模拟实际管道的拘束情况。     

环焊缝超声检测缺陷检出率问题的研究

针对油气集输管道多为薄壁管、探伤面为曲面且多在野外易受环境影响等特点,对超声波检测时存在的管道缺陷漏检情况,通过在现场超声检测工艺的实践和观察,从探头、扫查方式、用于校准的标准试块和对比试块等方面来改进超声检测工艺,从而达到提高超声检测缺陷检出率的目的。研究结果对于提高油气集输管道现场焊接的超声检测质量具有一定的指导意义。     

管道环焊缝半自动焊与自动焊技术对比分析

近年来我国的管道环焊缝焊接越来越多地使用了以半自动焊和自动焊为主的焊接工艺。从焊接原理、焊接材料、焊接设备、焊接坡口、管口组对、焊接施工以及施工组织、焊接质量控制、经济效益等几个方面总结分析了半自动焊工艺和自动焊工艺的适用性及其优缺点。并指出。随着管道建设用管线钢管强度等级的不断提高,以及管道建设长度、钢管强度等级、管径和壁厚的不断增大．为了环焊缝焊接的高质量和高效率,未来的管道建设将会越来越多地使用熔化极气保护自动焊技术。     

管端内衬不锈钢焊管环焊缝缺陷分析

为了对国内某供水工程用管端内衬不锈钢钢管环焊缝缺陷进行评定,利用光学显微镜、扫描电镜以及能谱分析等手段对缺陷形貌、元素含量和组织形态进行了分析。结果表明,该环焊缝缺陷为典型焊接热裂纹,裂纹起始位置在碳钢层底部,裂纹处以淬硬的马氏体组织为主,并伴有氧化物夹杂物。分析认为,该裂纹缺陷是由于打底焊之后焊道保护不良、清理不到位和焊接热输入过大造成,可以通过严格控制有害杂质、降低热输入、减小接头拘束度等方法来防止此类缺陷的发生。     

油气输送管道对接环焊缝缺陷检测分析

通过X射线检测、金相组织检测、扫描及能谱分析,对某油气输送管道对接环焊缝缺陷及形成原因进行了分析。结果表明,环焊接头中存在焊瘤、密集气孔、内凹（焊道未填满）、未熔合和夹渣缺陷,缺陷处易产生应力集中,成为裂纹源。建议在油气管道对接环焊缝焊接操作时,一要保证管口组对精度,以减小错边、侧壁未熔合的可能性,二要选择合适的焊接方法。     

管道环焊缝全自动超声波探伤系统的软件开发

针对西气东输二线要求,中国石油天然气管道科学研究院开发出管道环焊缝全自动超声波探伤系统,利用软件和电子技术,实现了超声波束的动态扫描和动态聚焦,检测结果可自动记录,使用CD或硬盘存储相关数据,提高了检测速度,结果复现也十分方便。介绍了该系统上位计算机的软件开发过程。