油气管线在役焊接烧穿的影响因素及研究现状.pdfVIP

设计与研究 1 3 油气管线在役焊接烧穿的影响因素及研究现状 高 强 张培强z 王 勇 (1．中国石油大学(华东)机电工程学院，东营 257061；2．济钢集团机械设备制造厂，济南250101) 摘 要：压力管道在役焊接修复时间短，速度快，对管道正常运行影响小，有巨大的经济效益和广阔的应用 前景。但是在役焊接时可能发生烧穿，有很大危险性。本文总结了对于在役焊接烧穿研究的意义，分析了管道的 壁厚，管内压力，焊接的线能量等因素对于烧穿的影响。总结了国内外对于烧穿研究的成果及不足之处，展望了 在役焊接烧穿的研究前景。 关键词：压力管道 在役焊接 烧穿 数值模拟 现代石油工业的发展，使得油气管道输送成为非常重 982℃时，将会发生烧穿 [1-31。这一温度在管道壁厚为 要的一环。目前全世界共有油气管道约250万公里，我国 6．4ram以上焊接时时很难达到的，也就是说采用低氢焊条 油气输送管道总长达2万多公里。但长输管线在服役过 和正常的焊接工艺，在壁厚大于6．4ram的管道上进行在 程中，受到各种各样的自然和人为因素的影响，往往会出 役焊接修复是安全的，不会发生烧穿。大部分高压油气管 现腐蚀穿孔、阴极保护失效、环向焊缝开裂、机械损伤等 线的正常壁厚都大于这一极限值，然而在长期的服役过 情况，不可避免会造成管线的局部减薄、承载能力降低或 程中，由于腐蚀，磨损，及意外损伤等原因，不可避免的会 发生破损导致油气泄漏。因而需要对长输管线发生减薄 出现管线的局部减薄现象，在这些管线上进行在役焊接 或损伤的部位进行现场加固和焊接修复。目前，世界上 修复，烧穿的可能性就大大增加，研究表明，当其它因素 50％的管线已经使用数十年，由于上述原因，管线泄漏发 不变时，壁厚越小，烧穿的可能性越大。 生的可能性越来越高，管道修复将成为一项重要的工作。 1．2熔深 在役焊接修复具有修复周期短，经济损失小，对环境污染 熔深是影响烧穿的重要因素。当熔深越大，管壁剩余 较轻等优点，具有很好的应用前景。 金属厚度越小，当剩余壁厚不足以承受管内的压力时，就 1烧穿的危害及其影响因素 会发生烧穿。焊接熔深主要取决于焊接参数，与焊接工艺 在带压管道上施焊时，如果焊接熔池下方未熔化的金 也有一定的关系，熔深随着线能量的增加而增大。线能量 属强度不能抵抗它所承受的应力时，就会出现烧穿泄漏 的计算公式： 现象。由于在役焊接是带压操作，较常规焊接更容易发生 UI q —— 烧穿。一旦发生烧穿，油气泄漏极有可能引起爆炸，威胁 焊接工人的人身安全和管线的安全运行。因而，防止烧穿 式中，U为电压，V；I为焊接电流，A；v为焊接速度， 是在役焊接修复考虑的首要问题。 em／s。当线能量一定时，熔深随焊接电流的增加而增大。 烧穿的影响因素有很多，各种因素间的关系如图1所 1．3应力 示。 烧穿的实质是未熔化的金属是否有能力承受它所受 到的应力作用。在役焊接时，管道内部通常有很大的压力 作用于管壁；同时焊接操作时管子受到很大的拘束，会产 生较大的应力，焊接电弧加热时，管道内壁将会产生高