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。     

几种焊接缺陷对X70管道环缝接头应力集中的影响

利用大型有限元软件ANSYS对在工作压力下带有咬边、凹坑、焊缝余高、错边等焊接缺陷的X70环缝管道进行了应力分析。分析结果显示,在咬边、凹坑、焊缝余高、错边焊接缺陷中,焊缝余高对受内压管道环焊缝的应力集中的影响最低,错边其次,咬边较为严重,凹坑最为严重;焊缝余高不影响X70管道接头静载强度,超过2 mm的错边量对环缝接头应力集中影响明显,咬边缺陷对X70管道环缝接头应力集中的影响大于错边,缺陷凹坑缺陷对环缝接头应力集中的影响随其三维尺寸增大而增大。     

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。     

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。     

双面埋弧焊钢管焊缝区域缺陷解剖分析

运用超声波检测、X射线拍片、金相分析、扫描电镜等手段对双面埋弧焊钢管用X70级1 016 mm×15.3 mm SAWL,X65级914 mm×25 mm,X80级1 016 mm×18.4 mm,X70级914 mm×11.3 mm,X70级1 016 mm×14.6 mm,X80级1 219 mm×18.4 mm和L450级660 mm×8.7 mm的SAWH焊缝区域缺陷进行解剖分析,指出双面埋弧焊钢焊缝区域缺陷是钢板或卷板生产过程中的非金属夹杂物缺欠,在成型或变形(受应力作用)过程中扩展而形成缺陷,并提出了可行性的建议。     

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.     

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%。     

单试样卸载柔度法测定X70管线环焊缝断裂韧性阻力曲线

为了预防X70管线环焊缝受塑性变形时的失效,采用单试样卸载柔度法对基于应变设计的X70管线环焊缝的焊缝金属及热影响区进行单边缺口拉伸试验,获得了裂纹延性扩展过程的断裂韧性阻力曲线,并对热影响区试样的试验结果进行了有效性验证。结果表明,焊缝金属和热影响区试样的断裂阻力曲线分别为δ=1.348 55(Δa)~(0.643 34)和δ=1.600 42(Δa)~(0.709 99),热影响区试样的断裂始距焊缝熔合线0.5 mm以内,试验结果为管线基于应变设计和工程临界评价提供了依据。     

X80管线钢管环焊缝二级安全评定研究

根据英国结构完整性评定方法BS 7910:2005标准,在给定裂纹尺寸、载荷条件下,针对国产高铌X80管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹、埋藏裂纹进行二级安全评定。根据母材、全焊缝拉伸试验和CTOD（裂纹尖端张开位移）试验结果,建立了高铌X80管线钢管环焊缝接头的二级评定曲线。结果显示,评定点均在评定曲线范围内,说明该结构是安全的。研究结果为国产高铌X80钢管的工程应用提供了依据。     

钢质环氧套筒轴向修复效果研究

为了研究钢质环氧套筒对于含缺陷油气管道的轴向修复效果,对X52钢级Φ508 mm×9.5 mm含缺陷螺旋埋弧焊管的钢质环氧套筒修复结构开展了全尺寸轴向拉伸试验,通过应变监测及理论计算分析钢质套筒与管体的应力分布情况。结果显示,修复后的管体最大轴向拉力为3 854 kN,约为无缺陷钢管理论轴向承载力的50%;失效位置位于缺陷最深处,失效时,管体无缺陷处尚未进入屈服阶段;在纯拉伸作用下,钢质套筒承担的轴向载荷仅占总载荷24.5%。研究结果表明,钢质环氧套筒对于管道轴向应力修复效果有限,不建议采用钢质环氧套筒作为环焊缝或管体环向缺陷的修复手段。     

高钢级管道环焊缝缺陷容限尺寸数值分析

采用数值模拟方法研究了X70和X80管道的缺陷容限尺寸和抗断裂能力。研究结果表明,缺陷容限尺寸与焊接接头匹配性能有着密切的联系,无论是气孔容限尺寸还是裂纹容限尺寸,都随匹配系数的增加而增加,即高匹配的焊接接头具有较高的缺陷容限尺寸。缺陷容限尺寸数值大小反映了管道的抗断裂能力的高低,对于高钢级管道环焊缝,当采用高匹配焊接接头时,其缺陷容限尺寸比低匹配焊接接头要大,高匹配焊接接头具有较好的抗断裂能力。     

Nb-Cr X80管线钢管焊接接头可靠性分析

在力学性能测试的基础上,应用英国标准协会BS 7910-2005标准对两种不同焊接工艺下的Nb-Cr X80管线钢焊接接头含裂纹型缺陷的失效评定进行了研究。结果表明,同一焊缝二级评定中,由于2B级评定相对于2A级采用了真应力一真应变数据,因而更能反映所评定材料的抗断裂性能。对于相同尺寸的表面裂纹和埋藏裂纹,表面裂纹的危险性要大于埋藏裂纹;对于埋藏裂纹,其在焊接接头中的位置影响评定结果,距离表面越近,其危险性越大。当环焊缝接头存在尺寸为3．2mm×1mm的裂纹时,各评定点均在评定曲线可接受范围内,表明焊接接头的结构是安全的。     

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。     

螺旋埋弧焊管自动补焊工艺研究

针对螺旋埋弧焊管焊缝缺陷人工补焊的不确定性,采用X52钢级Φ610 mm×8 mm、X70钢级Φ1 016 mm×17.5 mm、X80钢级Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊管,模拟生产中常见的穿透性缺陷、非穿透性缺陷进行自动埋弧焊补焊试验。试验结果表明,补焊焊缝的外观质量、无损检测、理化性能、金相组织等各项指标均优于标准要求。自动补焊工艺可减少施焊过程中的人为干预,稳定焊接质量,提升焊接效率。该工艺可满足多项标准的管线修补要求,在焊管行业推广应用具有可行性。     

X80管线钢焊缝横向冷裂纹G-BOP试验研究

为了确定X80管线钢焊缝横向冷裂纹敏感性影响因素,选用焊缝横向冷裂纹G-BOP（gapped bead-on-plate）试验方法,利用有限元分析计算平板焊缝应力集中部位,在模拟极端的环境温度、湿度以及预热温度的情况下,观察实际平板对接焊缝表面裂纹情况。试验结果显示,X80管线钢横向裂纹对环境湿度、温度以及预热温度不敏感。研究表明,利用这种简便、经济、实用的小型试验方法研究焊缝横向冷裂纹敏感性,对指导实际生产将起重要作用,并可为X80管线钢管环焊工艺的制定提供指导。     

含V形缺口X70管线钢三点弯曲断裂试验研究

通过不同温度条件下不同厚度、不同缺口取向含V形缺口试样进行3点弯典试验研究，发现X70管线钢具有严重的各向异性现象，其在平行钢板表面方向和沿钢板厚度方向力学性能差异较大。试样缺口取向不同，试样破坏形式不同；分层裂纹以及由分层裂纹所产生的效应主要取决于试样材料中固有的片状缺陷或夹杂，有确定的方向性，同时与试验温度又有着密切的关系。试验温度低时，分层裂纹对材料力学性能影响小；随着试验温度增高，分层裂纹对材料的力学性能影响增大。