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。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空，管道的环焊缝是薄弱环节，极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性，以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象，分析悬跨段管道所受复杂应力情况，建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型；基于非线性有限元法，创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元，建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型，得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力，并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性；在此基础上，考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数，采用单因素敏感性分析法，识别各参数条件对管道J积分的影响规律，得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。     

长输管道对接环焊缝质量问题追因分析——基于层次分析法(AHP)

应用层次分析法(Analytical Hierarchy Process,简称AHP)对影响长输管道对接环焊缝质量的众多因素进行识别归类,利用专家打分构造判断矩阵,求解判断矩阵的最大特征值及其特征向量,经过一致性检验后,对各影响因素按其影响长输管道焊缝质量的程度进行分析,并提出提高长输管道焊缝质量的相关建议.     

长输油气管道焊接机器人的技术现状与发展趋势

随着清洁能源需求的快速增长,管道建设用钢管的钢级、管径、壁厚和输送压力逐步提高,管道自动焊技术以其环焊缝强韧性匹配高,焊接效率高、劳动强度低等技术优点,在管道建设中日渐成为主流技术.本文阐述了以管道全位置自动焊技术为载体的长输油气管道焊接机器人技术的发展历程及其在我国工程应用情况,介绍了管道焊接机器人的工程应用特点和技...     

长输管道的无损探伤及相关标准

针对长输管道现场环焊缝探伤采用的超声波和射线等方法,指出其检测原理和优缺点并进行了比选,有助于长输管道设计人员和施工人员对两种检测方法的认识和选用.对于国内目前采用的焊缝探伤及验收标准,分析了设计和施工中存在的问题,并提出了一些建议.     

WZP系列管道爬行器在长输管道施工中的应用

无损检测(DNT)在长输管道施工中是检测焊接质量的关键工序,针对长输管道输送压力大、距离长、焊口多的特点,对管道直径200mm以上长输管道采用爬行器进行管内周向曝光法X射线检测,对一道环焊缝的检测只需一次曝光便可完成。这与管外双壁透照的检测方法相比,提高了工作效率,保证了检测的灵敏度,从而确保了焊缝检测质量。     

基于随机森林算法的环焊缝质量不合格性分析预测

油气长输管道环焊缝一直以来是管道的薄弱环节,容易发生失效。根据环焊缝开挖数据,对大量环焊缝相关数据进行了预处理,并采用机器学习中的随机森林方法对主要因素进行了分析,建立了环焊缝质量不合格性预测模型,并通过不同算法模型进行了验证。结果表明,构建的模型可以实现环焊缝质量不合格预测。对环焊缝的数据分析和机器学习模型的构建,可以提高环焊缝开挖准确率,节省开挖费用,为后续开挖和修复工作提供技术支持。     

X80M钢级长输管道环焊缝裂纹成因及适用性分析

为研究某项目X80M钢级长输管道环焊缝裂纹成因及服役适用性，采用无损检测、水压物理模拟试验分析了含裂纹缺陷管道强度和裂纹扩展状况。通过裂纹解剖及金相分析确定了裂纹成因，采用含缺陷油气管道剩余强度评价方法对裂纹缺陷进行了评价。结果表明：水压物理模拟试验前后环焊缝裂纹尺寸无明显扩展，位置无变化，缺陷类型为环焊缝环向裂纹缺陷，裂纹成因为熔铜开裂，该类型裂纹缺陷均可接受，含该类型缺陷管道服役适用性良好。该研究结果对分析类似管道环焊缝裂纹成因及管道服役适用性具有一定参考价值。     

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。     

高强钢管道环焊缝风险排查技术浅析

高强钢管道环焊缝失效后果严重,受到业界高度关注。国内部分管道企业开展了安全质量风险排查,取得了一些进展,消除了一部分安全隐患,但受限于检测、评价、修复等技术瓶颈以及对环焊缝失效机理的认知局限,管道环焊缝失效风险依然存在。以影响环焊缝失效的缺陷、应力、性能为出发点,对环焊缝缺陷的检测与识别、附加应力检测与载荷校核、焊缝力学性能等方面的技术现状与存在问题等展开深入分析与探讨,给出了造成环焊缝失效的主要原因,并提出开展下一步焊缝风险减缓工作的3方面建议,以期为高强钢管道环焊缝风险排查提供技术参考。     

基于应变设计的高强钢管道环缝焊接技术

在复杂地形地貌、地震断裂带和海洋环境等情况下的管道敷设通常采用基于应变的设计方法,这对管道环焊缝的性能提出了特殊的要求。为了掌握基于应变设计条件下高强度管道的环缝焊接技术,设计了FeNi合金焊丝,制定了焊接工艺,进行了环缝焊接试验,并对焊缝金属的力学性能进行了检测。结果表明,所焊环焊缝的性能满足基于应变设计的X80高强钢管道环焊缝的强度与韧性要求,焊缝强韧匹配度较好,且具有大的缺陷容限和高的抗大应变能力。     

X80钢管双连管埋弧环焊用烧结焊剂研制

为了提高X80管线钢管双连管焊缝韧性和焊接工艺性,针对X80管线钢管双连管埋弧环焊工艺,对埋弧焊焊剂进行了优化。以CaF2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2渣系为基础,加入稀土硅铁及镍合金等,研制出了一种适合于X80双连管埋弧环焊用烧结焊剂,并按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2《油气管道工程焊接技术规定 第1部分》标准进行了X80钢级双连管环焊试焊及焊缝性能检测。结果表明:采用所研制的焊剂配合相应焊丝焊接所得的环焊缝各项性能均能满足管道线路焊接标准要求,且环焊缝具备了良好的强韧性及断裂韧性,焊缝抗拉强度达到690 MPa以上,-10 ℃下焊缝冲击韧性达150 J以上,-10 ℃下焊缝CTOD值超过0.254 mm。     

高强度钢管道环焊缝隐患治理措施研究

针对国内管道建设过程中存在的很多问题,如建设过程中施工单位违规返修、检测单位对射线底片的漏评错评、监理单位监管缺失等,尤其是近年来突出的高强度钢管道环焊缝不能承受较大的外部载荷的问题,分析了高强度钢管道环焊缝与传统X65及以下钢级管道环焊缝失效特征的差异性,剖析了当前在役高强度钢管道焊接结构存在的问题,从系统工程的角度分析了高强钢管道焊接结构中焊缝与钢管管体抗拉强度匹配、变壁厚焊接结构应力集中、焊缝冲击韧性分散等方面存在的问题,并结合人力资源、配套资源和应用技术等因素提出了高强钢管道环焊缝隐患治理的建议,建立了高强度钢管道环焊缝关键风险控制的鱼骨图。     

输送管环焊缝附近管体缺陷分析

对某管道对接环焊缝进行X射线检测时,发现环焊缝附近管体部位存在多个密集性圆孔缺陷。为了确定这些圆孔缺陷形成的原因,对缺陷钢管进行了宏观分析、X射线检测、金相分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析,并对这些试验结果进行了综合分析。分析结果表明,钢管环焊缝附近管体密集型圆孔是焊接过程中焊接金属熔池附近管体材料在高温下熔化后重新结晶过程中产生的气孔缺陷。建议选择强度稍低的焊接材料,并严格控制现场作业,做好焊口预热准备工作,控制好工艺参数,防止焊接熔池体积增大、熔池过热度增加而对焊缝附近母材的性能造成不良影响。     

强度匹配对X80螺旋埋弧焊管环焊接头宽板拉伸性能的影响

为了研究不同强度匹配下X80螺旋埋弧焊管环焊接头的拉伸性能,采用等强匹配根焊+高强匹配填充盖面焊和低强匹配根焊+等强匹配填充盖面焊的两种不同强度匹配组合进行了熔化极气体保护自动焊（GMAW）,测试了环焊接头的拉伸性能和夏比冲击韧性,并采用宽板拉伸试验研究了环焊接头的拉伸性能和失效行为。结果表明,两种强度匹配下的X80钢管GMAW环焊缝接头均具有较好的形变能力,二者的平均总应变均大于4.0%;最大载荷下,两种强度匹配组合的环焊接头全截面抗拉强度略低于环焊接头小尺寸试样的抗拉强度,但等强+高强匹配的环焊接头具有更高的平均总应变、平均远端应变和裂纹口张开量,失效模式为管体母材发生颈缩失效,而低强+等强匹配组合的GMAW环焊接头失效模式为根焊热影响区发生开裂失效。试验表明,对于X80螺旋埋弧焊管环焊接头,可选用具有一定韧性的等强度焊接材料进行根焊,从而避免焊缝根部产生应变集中而失效。     

高钢级管线钢应变时效行为对其应用的影响

在经过防腐热涂敷、焊接受热过程或服役一段时间后,管线钢材料会产生应变时效作用,其表现为拉伸应力应变曲线形状发生变化,屈服强度及屈强比升高,形变强化指数下降等。应变时效对管线主要的影响包括承压能力、环焊缝匹配、压缩应变容量、低周疲劳强度等。提出了改进措施。     

油气管道环焊缝缺陷适用性评价现状与展望

油气管道的环焊缝质量好坏与管道能否安全运行密切相关,近年来管道环焊缝问题日益突显,因此准确评价管道环焊缝缺陷的适用性对于保障管道安全运行具有重要的意义。为了给环焊缝缺陷安全评定提供参考,系统总结了现行的环焊缝缺陷适用性评价方法并归纳为6种类型,剖析了各类方法的原理、特点及适用性,从焊接缺陷、内外部载荷及材料性能等3个方面分析了目前环焊缝缺陷适用性评价过程中遇到的瓶颈问题,并针对高钢级管道环焊缝所暴露出的新问题,提出了环焊缝缺陷适用性评价的未来展望。研究结果表明:①环焊缝缺陷可分为体积型缺陷和平面型缺陷两大类;②对于体积型缺陷,主要考虑塑性失效模式,推荐采用修正的Miller方法 ;③对平面型缺陷,应同时考虑塑性失效和断裂失效模式,推荐采用BS 7910:2015标准中基于失效评估图(FAD)的方法,并根据可用材料参数及保守性选用通用失效评估曲线(FAC)或特定FAC。结论认为,该研究成果有助于保障管道的安全运行。     

国内外几种GMAW焊丝强韧性对比试验研究

为了掌握油气管道环焊缝用熔化极气体保护焊(GMAW)焊丝的性能,为现场焊接焊材选用提供指导,对国内外几种气保实心焊丝形成的管道环焊缝的强度、韧性进行了试验研究。试验采用50%Ar+50%CO₂混合气体的GMAW方法,在31.8 mm厚的L485管线钢板上进行。试验结果表明,国产的GMAW焊丝在合适的工艺条件下,具有较高的强度和韧性,可用于高强度管线钢管道环缝的焊接。