国内大口径、高钢级管道焊接及焊缝检测技术现状北大核心

针对国内大口径、高钢级管道普遍采用半自动焊技术而逐渐暴露的焊接质量问题,研究了大口径、高钢级管道的焊接技术及焊缝检测技术。分析了半自动焊与全自动焊对大口径、高钢级管道环焊缝质量的影响因素,并通过西气东输高钢级管道焊口泄漏事故失效分析报告、管材低温冲击试验与金相分析报告及环焊缝焊接工艺试验,验证了影响焊接质量的因素;开展了半自动焊与全自动焊经济性对比,得到了焊接机组成本与完成工作量的关系;研究了自动超声波检测技术的可靠性,提出了国内全自动焊焊缝检测的方法。由此可得:对于大口径、高钢级管道,全自动焊能够有效避免半自动焊环焊缝低温冲击功值偏低且离散的问题,具有质量可靠、工效提升的优势,但从经济性角度考虑,只有当全自动焊工作量大于经济焊接工作量时,全自动焊的经济效益才会超过半自动焊;全自动焊焊缝质量可采用自动超声波检测技术检验。因此,建议在大口径、高钢级管道的建设施工中,全面推行全自动焊技术。     

国内大口径、高钢级管道焊接及焊缝检测技术现状

针对国内大口径、高钢级管道普遍采用半自动焊技术而逐渐暴露的焊接质量问题,研究了大口径、高钢级管道的焊接技术及焊缝检测技术。分析了半自动焊与全自动焊对大口径、高钢级管道环焊缝质量的影响因素,并通过西气东输高钢级管道焊口泄漏事故失效分析报告、管材低温冲击试验与金相分析报告及环焊缝焊接工艺试验,验证了影响焊接质量的因素;开展了半自动焊与全自动焊经济性对比,得到了焊接机组成本与完成工作量的关系;研究了自动超声波检测技术的可靠性,提出了国内全自动焊焊缝检测的方法。由此可得:对于大口径、高钢级管道,全自动焊能够有效避免半自动焊环焊缝低温冲击功值偏低且离散的问题,具有质量可靠、工效提升的优势,但从经济性角度考虑,只有当全自动焊工作量大于经济焊接工作量时,全自动焊的经济效益才会超过半自动焊;全自动焊焊缝质量可采用自动超声波检测技术检验。因此,建议在大口径、高钢级管道的建设施工中,全面推行全自动焊技术。     

管道自动焊装备发展现状及前景展望

随着高钢级、大口径、大壁厚管道的建设,以及对油气管道运行安全和环境保护要求的日益提高,传统的手工焊和半自动焊已不能满足施工质量和效率的要求,自动焊技术开始大面积推广应用。自动焊技术是基于坡口、组对、焊接于一体的管道施工技术,采用液压传动技术、机械制造技术、自动控制技术结合焊接工艺,完成现场管口的焊接任务,其焊接质量和焊接效率的稳定性在流水施工作业过程中优势明显。系统介绍了自动焊技术特点,阐述了国内外管道坡口机、内焊机、外焊机以及自动焊技术的发展现状,并对未来自动焊装备的发展趋势进行了展望。     

输油气管道常用焊接方法

从生产效率，焊接质量，劳动强度，技术先进性，经济性和适应范围等方面对管道常用的焊接方法进行了总结，对各种管道常用焊接工艺进行了比较，认为在大口径，高钢级的管道环缝焊接领域，全自动气体保护焊最具发展潜力，药芯焊丝半自动焊具有灵活，速度快的优点，适用于中小管径管道的焊接，手工电弧仍将长期使用，药芯焊丝自保护全自动焊设备投资小，将在一定范围内得到应用。     

中俄东线天然气管道黑河—长岭段环焊缝焊接工艺

针对中俄东线天然气管道北段(黑河—长岭段)高钢级、大口径、高压力、大输量、环境温度低等特点,介绍了其环焊缝焊接工艺。从L555M钢管的焊接性、环焊接头性能指标、环焊工艺及质量管控等方面,总结了管径1 422 mm的L555M天然气管道的焊接施工特点,阐述了环焊接头强度、韧性、硬度、塑性等指标要求的意义及试验检验方法,分析了焊接方法、焊接材料、焊接坡口等工艺参数的选择原则和实际应用,说明了坡口尺寸与组对精度、预热温度与道间温度、无损检测技术对焊接质量控制的影响。上述成果作为工程建设的经验性总结,可为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供经验。(图3,表4,参20)     

中俄东线天然气管道黑河—长岭段环焊缝焊接工艺北大核心

针对中俄东线天然气管道北段(黑河—长岭段)高钢级、大口径、高压力、大输量、环境温度低等特点,介绍了其环焊缝焊接工艺。从L555M钢管的焊接性、环焊接头性能指标、环焊工艺及质量管控等方面,总结了管径1422 mm的L555M天然气管道的焊接施工特点,阐述了环焊接头强度、韧性、硬度、塑性等指标要求的意义及试验检验方法,分析了焊接方法、焊接材料、焊接坡口等工艺参数的选择原则和实际应用,说明了坡口尺寸与组对精度、预热温度与道间温度、无损检测技术对焊接质量控制的影响。上述成果作为工程建设的经验性总结,可为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供经验。(图3,表4,参20)     

高钢级管道环焊缝缺陷修复技术探讨

近年来因环焊缝开裂引起的高钢级管道失效事故频发,因此,高钢级管道环焊缝质量及缺陷修复问题备受关注。基于高钢级管道环焊缝缺陷类型,介绍了国内外高钢级管道修复标准对于环焊缝缺陷的推荐处理方法,系统梳理了现有焊接与非焊接修复技术的阶段性研究成果。在焊接修复技术方面,B型套筒是修复高钢级管道环焊缝缺陷的首选修复技术,目前针对开式三通、护板及B型套筒的水平直焊缝及环向角焊缝的全自动焊接技术已基本具备推广应用条件,将大幅提高焊接效率及焊接质量。非焊接修复技术主要有复合材料、环氧套筒及钢制内衬复合材料修复技术3类,国外针对复合材料与钢制内衬复合材料修复X42级管道环焊缝缺陷(50%未熔合)开展了系列验证试验,相比复合材料,钢制内衬复合材料修复效果更好;国内则针对经检测评价确定无需修复但存在缺陷的环焊缝采用钢质环氧套筒进行补强,并结合复合材料及环氧套筒修复技术,开发了复合钢制内衬修复技术。最后,针对高钢级管道环焊缝缺陷修复问题提出了解决思路及重点研究方向,以期为中俄东线天然气管道及类似高钢级管道环焊缝缺陷修复提供技术参考。(图2,表8,参22)     

管径1524 mm的X90螺旋埋弧焊管研发

采用高压力、大口径、高钢级管道进行长距离的天然气输送已成为管道工业的重要发展趋势。X90管线钢管的应用将提高管道输送量,减小钢管有效壁厚,降低管道建设成本。采用低C、高[Mn+Nb]、高[Mo+Cr]的合金化成分设计及纯净钢冶炼技术与控轧控冷技术,开发出以粒状贝氏体为主的壁厚20.3 mm的X90热轧卷板;通过焊接工艺试验研究,优化设计出壁厚20.3 mm的X90管线钢管的焊接工艺;通过制管成型参数的优化设计,实现了高强度、大口径螺旋埋弧焊管的低残余应力控制。测试结果表明:试制开发的管径1 524 mm、壁厚20.3 mm的X90螺旋埋弧焊管的各项性能指标均达到相关技术规范要求,为X90高强度大口径钢管在中国的建设应用做好技术储备。(图6,表11,参26)     

长输管道焊接方法及其选择

分析了手工下向焊、半自动焊、自动焊及特种焊等焊接方法的特点,在选择焊接方法时应考虑管道直径、壁厚、管道长度、设计条件、管子级别等因素。指出自动焊是长输管道焊接的发展方向,并对国内引进管道自动焊焊接设备提出了一些建议。     

油气管道内焊机打底+激光-电弧复合根焊工艺

为提高长输油气管道施工质量和效率、降低施工成本,开展了应用内焊机打底+激光-电弧复合根焊工艺的高效焊接方法研究。内焊机具有根焊焊接质量高、速度快的特点,激光-电弧复合焊具有熔深比大、变形小、高速的优势,结合两种设备的优点进行焊接试验。结果表明:采用内焊机+激光-电弧复合焊工艺能够有效控制焊缝背面成型缺陷,尤其对于5:00-6:00方向,使焊缝背面内凹得到有效解决;对焊后的焊缝进行射线检测和力学性能试验,满足现有标准的要求;金相观察发现,在顶点位置焊缝钝边根部有未熔缺陷,其他位置焊缝区组织没有发现焊接缺陷。研究结果为后续激光-电弧复合焊应用于管道施工现场奠定了技术基础。     

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。     

中俄东线天然气管道动态退磁实验

油气长输管道施工、检测过程中的剩磁会引发焊接电弧的磁偏吹,可能影响管道焊接作业的施工进度和质量,进而威胁管道本质安全.中俄东线天然气管道工程由于采用大口径、高钢级管道,具有较高的管道剩磁水平,对现有退磁技术与退磁设备的能力提出了更大的挑战.为此,引入永磁铁退磁技术,开展基于响应面法设计的中俄东线天然气管道动态退磁实验,...     

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)     

管道自动焊技术

介绍了管道自动焊焊接的工作原理、工艺流程、设备配置,以及管道自动焊在世界范围内的应用情况,同时指出在长距离、大口径、厚壁管道的建设中,延用传统的手工焊难以适应管道建设高速度、高质量的要求。管道建设队伍要走出国门,寻求合作,开拓国际市场,参与国际管道建设的竞争,必须具有先进的施工工艺和设备,更新传统的焊接工艺。     

长输油气管道焊接方法选用原则

管道工程建设对焊接质量、焊接效率和焊接技术水平的要求越来越高，合理选择焊接方法至关重要。系统梳理了目前长输油气管道建设常用的焊接方法，包括焊条电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（GTAW）、半自动焊、自动焊，总结了其性能特点、优势不足和适用条件，参考国内重要管道工程的实际应用案例，考虑管材等级、直径、壁厚、输送介质、施工环境等因素，提出了长输油气管道焊接方法选择的一般性原则，为长输油气管道的建设施工提供了有价值的参考。（图1，表2，参26）     

我国长输油气管道自动焊技术应用现状及展望

介绍了国内外长输油气管道自动焊技术和设备发展应用的历史,从机组设备和人员配置、焊接设备与工艺、焊接材料、操作工、标准及管理规定等方面阐述了我国管道自动焊技术的应用现状,对比分析了国内外管道自动焊技术应用在管理理念、设备应用、工程应用、施工组织、人员素质和标准判别等方面的差异,提出了今后我国管道自动焊应用技术的发展趋势。指出应该将自动焊作业及其上下游的相关工作作为一个技术体系统一协调与管理,并在该技术体系内追求各专业的技术进步及相关管理人员专业知识的提升。随着管道建设用钢管强度等级的不断提高,以及管径和壁厚的不断增大,管道自动焊接头的综合性能更优良,安全可靠性更高,其应用范围将会越来越广泛。     

中国石油油气管道技术发展展望

叙述了中国石油重组改制以来及"十五"期间在科技管理部门的统一领导和组织下,在油气管道工程技术,包括管道勘察设计、施工技术与装备、高钢级管材及装备国产化、油气储运工艺、腐蚀与防腐、在役管道检测与安全评价、管道运行管理等方面取得的重要成就及形成的核心技术和创新成果。在对"十一五"管道建设发展及技术需求进行分析的基础上,提出了油气输送管道工程技术的发展方向。     

中俄东线天然气管道焊接消磁技术试验

长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响了工程进度及管道的本质安全。中俄东线天然气管道工程采用1422 mm口径、X80钢级管道,以往所采用的消磁方法和消磁设备已无法满足其大口径、高钢级管道的消磁作业。通过分析管道剩磁的产生机理和影响因素,得到不同消磁方法对中俄东线管道的适用性。通过现场试验验证直流消磁法,分析直流消磁和直流焊机消磁的优缺点及工作参数,提出可行性建议。     

管道环焊缝根焊部位应变及微区力学性能对裂纹扩展的影响

【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%～52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在...     

国外X80管道钢管的研究与应用现状

综述了国外在高钢级X80管道钢管方面的开发和应用状况，管材的研究目前正向更高屈服强度、更高韧性和易加工的方向发展，使用高钢级管材是提高管道设计压力的主要途径，同时，在同样的设计压力下使用高强度管材可养活钢材的消耗量。以德国Ruhrags管道为例，介绍了国外高钢级管道钢管X80的实际质量水平，包括管道钢的合金化、控制轧制和控制冷却工艺，并就高钢级管道钢管的部分热点问题如富气输送、高钢级管道钢管的焊接和裂纹扩展止裂等进行了讨论和分析。