直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

管道焊缝抗H2S腐蚀性能试验

对不同焊接匹配的管道焊接接头进行了抗H2S性能试验，将试验结果与国外的类似试验结果进行了对比分析，旨在建立我国的抗H2S腐蚀管道钢的焊接工艺匹配试验方法，以填补抗H2S腐蚀管道钢焊接接头性能研究的空白。     

焊接材料强度对高钢级管道环焊缝应变能力的影响

为了评价母材、根焊材料、填充焊材料的强度对X80管道环焊缝应变能力的影响,采用非线性有限元方法,以中俄东线直径1 422 mm、壁厚21.4 mm的高纲级管道为研究对象,考虑焊接接头完整几何形貌与性质有明显差异的4种材料分区,采用钥匙孔(Key Hole)模型准确模拟裂纹张开过程中裂纹尖端的钝化行为,研究了拉伸载荷作用下根焊内表面周向裂纹的起裂行为。计算结果表明:对于双V形坡口焊接接头,根焊材料强度对焊接接头整体应变能力影响很小,可以忽略不计;填充焊材料与母材强度的高强匹配对保证焊缝区应变能力最为重要,在难以提高填充焊材料强度的情况下,限定母材的强度指标是提高高钢级管道焊接接头应变能力的有效方法。(图7,表1,参25)     

管道焊接施工技术管理要点

通过对输油站在管道灶接工中经常出现的焊接质量问题的分析,指出了管道焊接施工技术现场管理的重要性,尤其是在输油站的安装中,所用管子,管件,阀门等因接口尺寸偏差,母材不同,壁厚不等诸因素,易影响焊接质量,更应重视焊接施展 技术管理,焊接施工技术管理要点主要有：严格遵守焊接施工规范,焊接材料管理,焊工的管理,坡口形式,焊接作业环境,焊缝质量检验等工作,对注意事项均作了简要说明。     

油气管道计算机辅助断裂评定

管道的抗断裂性能关系到整个管道运输系统是否安全可靠，对油气输送管道进行计算机辅助断裂评定是管道系统安全运行的科学保证。利用自行开发的评定系统，对油气管道焊接接头进行了计算机辅助断裂评定研究。研究结果表明，断裂韧性、强度失配和初始裂纹状态等因素对油气管道焊接接头断裂评定具有重要影响，可为油气管道断裂评定提供科学依据。     

油气管道在役焊接研究进展

油气管道在役焊接是管道修复和抢修的重要发展方向之一,从在役焊接影响因素和工艺评定两方面介绍了国内外油气管道在役焊接技术的研究进展。根据国内外在役焊接接头出现的失效研究案例,分析了影响管道在役焊接的主要因素,认为除烧穿和氢致开裂以外,介质热分解、管壁渗碳、管壁渗氢、应力腐蚀、疲劳等问题亦应成为焊接工艺评定的主要考虑因素。结合油气管道现场焊接经验,提出目前管道在役焊接所遇到的预热、层间温度难以达标等问题以及相关的解决方法。     

焊接拘束条件下油气管道焊接接头的断裂韧性

在油气管道连头焊缝及金口焊接过程中,管道强力组对,工况复杂,存在较大的拘束应力,造成金口焊接接头成为薄弱环节,易发生泄漏或开裂。为了提高焊接接头的断裂韧性,设计了自拘束焊接装置,模拟金口在不同拘束条件下的焊接过程,并对焊接接头的断裂韧性CTOD(Crack Tip Opening Displacement)值进行测试和计算。结果表明:在拘束条件下,焊缝区的CTOD值与自由状态下的CTOD值相差不大;热影响区的CTOD值则明显低于自由状态下的CTOD值,且拘束应力越大,CTOD值下降越明显,韧性越差。油气管道在拘束条件下进行焊接,一定程度上降低了焊接接头的抗开裂性能,建议在金口焊接时尽量降低拘束应力,以减少对焊接接头断裂韧性的不利影响。     

长江跨越工程的主管管材抗裂性能试验

文章结合某厂长江跨越管道,试验分析了X56钢管材料的抗裂性能,给出了该种钢管的焊接工艺参数和焊后热处理曲线。     

异种材料罐体焊接工艺的研究

在异种材料焊接性能分析和MAG焊接试验的基础上,探讨了奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)和低温压力容器用钢(16MnDR)角接接头的焊接工艺。通过电网变电站高压开关设备(GIS)的焊接实践,获得较好的焊接接头,满足了压力容器规程对罐体的焊接要求。     

新阀门投产前的预维护

概述了新阀门在投产前预维护的必要性,介绍了阀门投运前预维护的前期准备和维护步骤.将新阀门的维护作业分为阀门安装焊接前的养护作业、阀门压力测试时的检测和保养以及运营投产前对问题阀门维护及修复作业三个阶段.提出了阀门吊装及安装焊接的要求.     

美国阀门质量认证标准体系的先进性

基于我国管道的快速发展和阀门国产化的积极推进,评价了国内阀门设计和试验标准现状,指出阀门内漏问题的根源在于国内缺少专门的阀门质量认证标准,阀门制造质量不能完全保证。介绍了美国阀门质量认证标准体系,其先进性主要表现在:严格限定阀门二级供应商资质,确定了第三方阀门质量认证机构,阀门外观状态检查和阀门材料机械性能试验更为严格细致,开展了阀门闭合能力试验、阀杆与闭合部件连接强度试验和阀门手轮性能试验等特殊检验,建立了阀门及部件应满足的最低要求准则等。最后,提出了建立涵盖阀门制造工艺、材料、检测、试验和检修的质量标准体系的建议。     

X80钢管的焊接

基于天然气增长的需求，管道材料的研究正朝着高强度、高韧性以及优良的现场焊接性能等多方面发展。目前，高强度、长距离、大口径管道已成为输气管道的发展方向。从焊接方法、焊接材料等方面介绍了X80钢管的环缝焊接，并分析了X80管道钢的焊接性能。列举了国外一些X80管道建设的工程实例。     

高钢级大口径天然气管道环焊缝安全提升设计关键

高钢级管道环焊缝失效事故屡见不鲜,随着高钢级管道里程不断增加,高钢级管道环焊缝失效问题引起国内外管道行业的高度重视。对国内外典型管道环焊缝失效案例进行归类分析,基于环焊缝断裂失效的断裂力学理论,针对影响环焊缝安全性的关键环节进行失效原因分析,并提出安全提升措施,包括管道焊接工艺、钢材控制、焊接材料、焊接接头强度匹配、不等壁厚内坡口形式、无损检测、智能巡检、应力应变、施工管理等。这些措施已经推广应用于中俄东线天然气管道工程及将建的西气东输三线中段管道工程、西气东输四线管道工程,为提升高钢级管道环焊缝的服役可靠性提供了支持。(图4,表9,参25)     

弯曲加载下管道钢应力腐蚀行为研究

分别采用三点弯曲、四点弯曲加载试验方法,研究了X80和16Mn管道钢及焊接接头的硫化物环境应力腐蚀开裂(SSCC)行为,并通过ANSYS软件分析了不同弯曲加载的应力分布特征,探讨了材料因素、力学因素对管道钢应力腐蚀行为的影响规律和机理。结果表明,对于弯曲加载下组织均匀性管道钢而言,其SSCC行为受应力特点控制,三点弯曲和四点弯曲加载方法均可用于评价管道钢的SSCC行为,但四点弯曲加载的平行试样试验结果更为一致。对于管道钢焊接接头的SSCC行为评价,三点弯曲加载是不合理的,四点弯曲加载方式则可取。     

长输管道环焊接头缺陷评定方法研究

重点介绍了用于管道环焊接头缺陷安全评定的常用评定准则，并对这些评定准则进行了分析和比较。以COD设计曲线为基础的简化评定方法和以J积分理论为基础的较复杂的评定方法各有其优缺点，但这两种评定方法在考虑焊接接头的强度组配时，评定结果都不太准确。指出了建立适用于管道环焊接头缺陷评定准则的重要性。     

X65与A105管道接头对焊工艺的研究

介绍了以具有代表性的X65与A105两种不同强度级别钢管的对接接头焊接工艺研究情况,并在试验分析两种钢材焊接性基础上,确定了其预热和层间温度,合理选择了焊接材料及坡口型式.同时根据Q/SY XQ18-2002<西气东输管道工程站内工艺管道施工与验收规范>和XQ-CS-JX-SPE-0010<站内管道系统焊接及检测技术条件>标准对所制定的焊接工艺进行了评定.研究结果表明,管口外观检查和射线检测合格,金相组织、拉伸试验、冲击试验等各项性能指标优良.     

X65+Inconel 625复合管道焊接接头断裂韧性评定

针对复合管道焊接接头的断裂失效现象,采用单边缺口三点弯曲断裂韧性试验,对X65+Inconel625复合管道焊接接头不同区域(焊缝区、熔合区及热影响区)在0℃下的断裂韧性进行测试。通过在焊接接头不同区域预制表面型裂纹和贯穿厚度型裂纹,对比焊接接头不同区域CTOD值的变化趋势,结果显示组织不均匀性对CTOD值分散性的影响较大。研究表明:复合管焊接接头不同区域的断裂韧性不同,其中热影响区的应变时效区CTOD值较高,焊缝区CTOD值较低但分散性不大,而焊缝熔合区和复合层熔合区不但CTOD值较低,且分散性很大,因此熔合区和复合熔合区是X65+Inconel 625复合管道焊接接头的薄弱环节。(图4,表3,参20)     

双金属复合管环焊工艺及接头强度设计现状与趋势

阐述了双金属机械复合管典型焊接工艺,以及管端封焊和对焊焊接工艺的优点、应用案例和失效案例,认为封焊、过渡焊是此类工艺的质量薄弱点。分析了管端堆焊及其施工对焊技术的研究现状、发展趋势和应用案例,结果表明:采用同种合金焊接材料完成焊缝打底、填充和盖面等的连接方式,可以避免封焊、过渡焊等形成的缺陷和应力。该工艺成功应用于海底天然气开发用双金属复合管焊接,是今后双金属复合管管端加工和施工对焊的重要发展趋势和方向。此外,研究了双金属复合管环焊接头强度匹配设计、接头缺陷容限设计等现状与趋势,结果表明:目前尚无统一的焊接接头强度设计和容限设计理论,双金属复合管管道系统在线检测、腐蚀评价、寿命预测以及管道修复等技术是未来的重要研究方向。     

中亚天然气管道工艺细节设计

针对中亚天然气管道项目工艺设计中钢管低温脆性、管道水压试验、阀门压力等级和材质选择、放空立管防雨水功能4个代表性问题进行了分析。在低温时,通过采取保温措施、控制材料低温韧性或制定相应站场操作原则,避免管道出现低温脆性断裂;关于管道水压设计,设计方在提交给钢管厂家的技术条款中应增加现场强度试压的压力值和试压所维持时间的信息项,钢管厂家投标时应将工厂内的水试验压力指标列入标书中;在选择阀门压力等级和材质方面,采用标准磅级、特殊磅级、提高磅级或者中间额定4种方案,以解决阀门不满足设计压力和设计温度要求的问题;针对目前中亚项目放空立管防雨水存在的缺陷,提出了新的放空立管设计方案。     

X65管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀开裂性能

中海石油(中国)有限公司天津分公司在渤海湾某油田开展了天然气利用项目,天然气外输海管选用国产X65管线钢手工电弧焊接敷设完成.随着油田不断深入开发,伴生天然气中H2S含量持续增长,该海底管道特别是焊接接头等薄弱部位在运行过程中面临着H2S应力腐蚀开裂风险.根据NACE相关标准方法研究了X65管线钢焊接接头抗HB/HIC/SSCC性能,并对SSCC发生机制进行了探讨.研究结果表明:该天然气外输管道所选的国产X65钢焊接接头具有优良的抗H2S应力腐蚀性能,在管道敷设达标及目前运行工况条件下发生硫化物应力腐蚀开裂的风险较小.