管道在役焊接修复残余应力分析及应用

目前,对在役焊接的研究多集中在套袖焊接接头变形过程与失效机理方面,对套袖的焊接尺寸和应力分布研究较少。为研究管道在役焊接修复残余应力的分布规律及影响区域,采用ANSYS软件建立套袖焊接有限元模型,分析焊接线能、套袖壁厚、管径及压力对套袖焊接残余应力分布的影响,确定套袖最佳壁厚的计算方法,探究管道壁厚、外径、压力及缺陷尺寸与腐蚀应力分布的关系,建立套袖焊接尺寸计算准则并进行现场应用。研究结果表明：套袖焊缝边缘的轴向应力最大,易出现应力破坏现象,焊缝外侧为压应力,内侧为拉应力,主要与熔池冷却收缩效应有关;在熔池冷却收缩和对流换热共同作用下,焊接残余应力分布随套袖壁厚的增大而增大,焊接线能、管径和压力的影响作用可忽略;应力峰值随套袖壁厚的增大先减小再增加,套袖壁厚选取临界壁厚值时焊接点出现氢致开裂的风险最低。所得结果对管道修复时确定套袖的壁厚和焊接尺寸具有指导意义。     

基于ANSYS的Ti2AlNb钛合金电子束焊接数值模拟

为了优化Ti2AlNb钛合金的电子束焊接工艺,利用ANSYS有限元分析软件对壁厚3.5 mm的Ti2AlNb钛合金电子束焊接过程进行数值模拟,运用双椭球热源进行加载,改变电子束流以及焊接速度,分析了电子束流和焊接速度对温度场分布、熔池形貌、熔深、熔宽以及热循环性能的影响,确定了最优的焊接工艺参数。模拟结果显示,焊接速度越小,熔深越大,熔宽也越大;电子束流值越大,熔深与熔宽均增大;电子束流值越大,峰值温度越大;焊接速度越快,峰值温度越小,且升温至峰值温度的时间越短。研究表明,加速电压60 kV,电子束流值为35 mA,聚焦电流380 mA,焊接速度600 mm/min为3.5 mm厚Ti2AlNb钛合金电子束最优焊接工艺参数。     

双丝大干伸长高速焊接工艺试验研究

为了对双丝大干伸长高速焊接工艺进行研究,首先采用1 000～1 500 A系列焊接电流,在1~#焊丝30 mm、 50 mm、 70 mm三种不同干伸长,对应焊接电压34 V、 36 V、 38 V,焊接速度1 m/min条件下,进行了对比焊接试验,找出了1~#焊丝大焊接电流条件下,不同干伸长对焊丝熔化速度、焊缝熔深的影响规律;然后,采用双丝大干伸长焊接工艺进行了壁厚22 mm螺旋管高速焊试验,焊接速度从常规工艺的1.2 m/min提高到1.8～2.5 m/min。结果表明,焊缝外观成形良好,焊缝及热影响区低温冲击韧性有所改善,尤其热影响区改善显著,高速焊接头的抗拉强度与常规低速焊接相当。     

高频厚壁管焊接质量的影响因素

中、大壁厚钢管焊接热影响区的形状像个沙漏,管壁的内外表面热而中部低温会限制焊接最大速度,若简单升高管壁中部温度,则管壁的内外表面会过热,同样会降低焊接质量;另外,管壁内表面过热熔化金属掉入阻抗器,会降低阻抗器的寿命和性能.针对这个焊接难题,对焊接区横向温度分布的影响因素--V形角、感应线圈到焊接点的距离、结构应力、焊接速度和焊机功率进行了研究.研究结果表明,较小的V形角可以提高获得更高产量的潜能,从而提高整体焊接效率.     

连续管环焊缝热影响区宽度计算方法

连续管环向焊接在管段制造和现场修复过程中必不可少,焊接导致的热影响区不仅直接降低油管的整体强度,还使得油管更容易发生腐蚀,从而缩短管段寿命。为了探讨连续管环焊缝热影响区宽度的影响因素,考虑了连续管的实际焊接过程,采用ABAQUS有限元软件建立了连续管环向焊接的数值仿真模型。运用DFLUX子程序实现焊接热源的移动加载,同时采用单元生死技术模拟焊料填充过程,分别研究了焊接线能量、焊接速度、连续管外径及壁厚对环焊缝热影响区宽度的影响。研究结果表明:热影响区宽度随着焊接线能量的增加近似呈线性增加,随着焊接速度的增加近似呈线性减小;相同焊接参数下,大口径厚壁管的热影响区宽度受单位体积热输入量的影响较大,受管体与周围环境换热量的影响较小;热影响区宽度随着管径的增加而增大,随着壁厚的增大而减小,焊接线能量越大,变化趋势越明显。研究结果对于优化焊接工艺参数,减小焊接热影响区对连续管的影响具有一定的参考价值。     

大壁厚Q420高强结构钢焊接裂纹失效分析

为了提高大壁厚高强度建筑结构钢的焊接效率和实际工况下的焊接质量,对Q420高强结构钢进行了焊接工艺研究,通过化学分析、宏观形貌分析、显微组织分析、显微硬度测试、断口分析和力学性能测试等试验方法,对焊接接头出现的沿钢板厚度方向的贯穿裂纹进行了失效分析。分析结果表明,裂纹产生原因是受到超过钢板厚度方向屈服强度载荷作用,并在巨大的载荷作用下启裂和扩展。建议Q420钢板厚度方向不能代替纵向承载,应避免在壁厚两侧焊接和在壁厚方向承载主要拉伸应力。     

连续管管-管对接打底焊试验研究

打底焊对连续管管-管对接焊缝的内成型起着决定性作用,打底焊质量是整个焊缝成型及性能优劣的基础。对直径25.4~50.8 mm,壁厚在2.11~4.44 mm的连续管在其他参数不变的条件下,通过单参数变化,进行了焊接电流、坡口形式及壁厚尺寸对焊缝成型质量的影响规律进行试验研究。结果表明,当壁厚小于3.5 mm时,采用V形坡口焊接,可获得平整的内成型;对于壁厚大于3.5 mm的连续管打底焊时,采用V形坡口很难获得平整的内成型,需采用U形坡口。     

中俄天然气管道工程全自动不等壁厚焊接工艺研究

大口径不等壁厚连头焊接时,由于壁厚不同,易导致根焊高度不同;采用焊条电弧焊或RMD根焊时,厚壁侧极易产生咬边或未熔合;因焊接停留时间控制不当出现埋藏性气孔缺陷;内焊道也会与厚壁侧内壁母材产生夹角,形成假未熔合现象。针对上述问题开展了中俄天然气管道工程全自动不等壁厚焊接工艺研究,确定了不等壁厚的焊接工艺;根据接头设计型式,选取了适合的焊接方法及各层焊接工艺参数,探索了根焊和外焊接的技术操作特点,并通过预定参数进行大量的焊接试验,焊接出合格焊口。     

埋弧焊熔深变量的分析

为了对埋弧焊熔深的变化情况进行深入研究,对平板熔深和开坡口熔深之间的数学关系进行描述,并通过对带坡口试板埋弧焊的焊接熔深变量的特性进行分析,选择焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、电源极性、焊件倾角、壁厚作为主要焊接参数进行试验,按照两步回归法建立了回归方程,并对回归方程进行统计检验。最终发现熔深随机变量的均值近似满足正态分布,并获得了最优模型。     

低热输入多丝埋弧焊工艺研究

研究开发出了一种新型高强度、大壁厚UOE钢管埋弧焊工艺。该工艺采用小直径焊丝作为多丝焊的前丝(第1丝),将焊接热输入降低25%,细化了热影响区原始奥氏体的晶粒尺寸,从而提高了API X65钢级大壁厚管线钢管焊缝热影响区的韧性。试验结果表明,该工艺可以实现焊接接头完全焊透,同时具有充足的熔敷金属,达到了与传统方法相同的熔深。通过超声波和射线检测,焊缝均未发现未焊透、夹渣等焊接缺陷,焊缝形貌良好。     

钢管高速MAG预焊驼峰形焊缝形成机理研究

对钢管高速MAG预焊驼峰型焊缝的形成机理进行了研究。采用高速摄像采集系统对焊接过程中的电弧形态和熔池流动状况进行了高速摄像,提出了动态平衡点的观点,认为动态平衡点远离电弧是焊缝产生驼峰型焊缝缺陷的根本原因,任何促使动态平衡点移向电弧的因素,都有利于抑制驼峰型焊缝缺陷的产生。最后,进行了上坡和下坡粗丝高速MAG焊试验,对提出的结论进行了进一步的验证。     

全位置TIG焊管机电弧长度自适应控制技术

采用微型计算机技术和逐次线性拟合算法确定了管-管环焊缝焊接中全位置平滑的电弧长度控制参数,通过对脉冲焊接电流期间的电弧电压进行实时采样,实现了全位置TIG焊管机的电弧长度自适应控制。控制系统动态响应速度快、调节精度高且工作性能稳定可靠。试验结果表明,焊缝熔宽均匀,表面成形美观。     

小直径高频铝焊冷凝器集流管堵渣回水的研究

为了解决小直径高频铝焊冷凝器集流管生产时经常发生的堵渣回水问题,在对铝焊渣进行分类的基础上阐述了铝焊珠与铝焊渣的区别和联系,同时分析了与铝焊珠有关的三种典型堵渣回水机理。分析结果表明,生产时应以减少焊管内腔铝焊珠为出发点,以消除“蚕虫”状和网状薄片铝焊渣为重点,通过优化成型和焊接工艺、控制管坯剪切质量、提高冷却液纯净度与流速、减小内刮刀杆尺寸等预防措施,预防堵渣回水发生。生产实践证明,这些措施解决了小直径集流管生产时的堵渣回水问题,确保了小直径高频铝焊冷凝器集流管的焊缝品质,达到了预期效果。     

钢管塔薄壁管对接环焊缝爬波检测技术探讨

特高压交流输电钢管塔接头具有管壁薄、焊缝余高宽度大的特点,用常规超声波探伤方法检测时易造成漏检。爬波检测技术具有覆盖面广,操作方便的特点,为了验证爬波检测技术的可靠性,分别采用爬波和射线两种方法对薄壁管对接环焊缝试件进行检测,并对比了检测结果。结果表明,爬波检测对未熔合、裂纹比较敏感,而对气孔存在漏检现象;对于同一缺陷,可以根据两侧检测波形的不同大致判断缺陷走向,以提高检测结果的准确性;检测前应尽量将焊缝过渡处打磨平整,探头距焊缝中心不宜超过15 mm。     

螺旋埋弧焊管高速焊接焊缝性能评价

简要介绍了国内生产高钢级、大直径、大壁厚螺旋埋弧焊管时采用的工艺参数及其存在的不足。对采用较高焊速（2．2m／min）批量生产的X65M级Ф914mm×12．7mm焊管的焊缝拉伸、导向弯曲、夏比冲击和外观质量等性能进行统计和评价,结果表明,较高焊接速度能够保证焊缝质量,满足技术条件要求。最后,对焊管生产时提高焊接速度和其他参数方面的平衡提出了建议。     

焦炭塔顶颈部筒体减薄及油气出口接管焊缝开裂原因分析

广州分公司延迟焦化装置焦炭塔运行8年后发现塔顶颈部与油气出口接管连接处焊缝产生了裂纹,分析其原因:(1)接管处是几何不连续区域,应力水平偏高;(2)焦炭塔的操作是循环往复式的,构成了疲劳载荷,进而产生了循环应力应变;(3)介质中的H2S和HCl对塔壁造成腐蚀。针对产生的原因,采取了在焦炭塔上部及塔顶颈部衬一层0Cr13Al和更换塔顶筒体和油气出口接管等措施,为焦化装置的长周期运行奠定了基础。     

直缝焊管焊缝质量电磁超声检测方法研究

为实现直缝焊管焊缝内缺陷检测,采用周向电磁超声SH0导波检测技术,研究了基于磁致伸缩效应激励周向SH0模态导波,确定了周向SH0导波激励频率,设计了一款一发双收差分接收的直缝焊管焊缝缺陷检测探头。结果表明:该系统能够激发单一模态周向SH0导波,实际波速与模型分析结果吻合;针对直径116 mm、壁厚3.5 mm的激光直缝焊管焊缝的Φ0.6 mm盲孔和Φ1.0 mm通孔,通过差分探头的信号处理,能够实现焊缝处Φ1.0 mm通孔和Φ0.6 mm盲孔缺陷的检测。     

螺旋埋弧焊管焊缝接触法自动超声检测方法研究

为了实现螺旋埋弧焊管焊缝接触法自动超声检测(AUT)方法的焊缝全覆盖检测,对AUT检测方法进行了系统的分析与研究,应用分区检测法从探头排列与布置、检测闸门设置、对比试块设计与人工缺陷选择及检测结果显示与记录等方面进行了研究。结果表明,通过对检测探头排列与布置、对比试样设计及人工缺陷选择,利用分区扫查技术,可以实现焊缝和热影响区缺陷在壁厚范围全覆盖检测,该结果可为研究螺旋埋弧焊管焊缝接触法AUT检测方法提供参考,也为制定相关检测标准提供依据。     

冷凝器用铝合金复合高频焊管焊缝泄露原因分析及控制

为了进一步降低冷凝器用铝合金复合管的泄漏率,采用金相试验对冷凝器用铝合金复合高频焊管焊缝气孔泄漏、显微裂纹泄漏和氧化物夹杂泄漏3种形式进行了分析,并从生产角度对焊缝泄露的原因进行了论证。研究结果表明,铝管坯纵切面不规整、导向环啃食成型开口圆管筒内侧边缘及焊接工艺参数控制不当等是冷凝器集流管焊缝泄漏的主要原因。针对以上泄露原因,提出了铝带纵剪分条优化工艺、导向环优化设计和焊接工艺参数优化等解决方案。实践证明,解决方案显著降低了冷凝器集流管焊缝泄漏率。