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在线焊接不锈钢管烧穿、氢致开裂等问题的解决方案

来源:小编 发布时间:2021-07-26 次浏览

不锈钢管在线焊接过程中存在很多质量问题。例如,焊缝错位和咬边,焊缝不够宽。不锈钢管烧穿和氢气开裂是国内外学者研究的重点。国际管道研究协会(PRCI)为不锈钢管的在线焊接问题提供解决方案,如打磨、套管和补焊。

(1) 烧穿

在在线焊接过程中,当熔池下无熔融金属的瞬态残余强度低于管内压力时,管壁焊接不稳定,导致介质泄漏。泄漏的石油和天然气会爆炸并危及操作员的安全。使用低氢焊条进行焊接并控制热输入水平可产生最小穿透深度并降低烧穿的可能性。

国内外研究人员主要对不锈钢管的发生条件和烧穿预测进行了研究。

在国外,PCI公布的《管道维修手册》烧穿预测有更详细的研究。 PRCI 表示,它使用低氢焊条进行焊接,以防止不锈钢管燃烧。使用时不会发生焊接。如果焊池下方的未熔化区域被加热到足够的温度(远高于982C),即使在低管道压力下也会发生烧穿。因此,减压在防止烧穿方面相对无效。美国BMI和EWI研究所进行了一系列在线焊接和安装分配管道测试,发现焊缝熔深临界温度为980C,并开发了预测管道内衬温度的App。在线焊接。加拿大RJ Belanger等人的一项研究发现,不锈钢管内的压力与烧穿的可能性呈正相关,在临界压力下,内壁温度仍在规定范围内,因此不够准确。决定是否此外,F. Ramos 等人[3] 认为可以通过综合考虑管道内壁温度和HAZ 硬度来预测烧穿。管道的壁厚也可以预测是否会发生烧穿。 PRCI 认为壁厚为6.4mm 或更大将显着降低烧穿的机会。 ASME 对气体管道烧穿进行了研究[4],研究表面管壁的厚度与气体流速和管内压力有关。安全壁厚(最小壁厚)在管道一定的内压下随着气体流量的增加而减小,而不锈钢管的安全壁厚(最小壁厚)则随着管道内压的增大而增大。管道以特定的气体速度。 Cisilino等研究了输气管道腐蚀坑内套管修补管壁厚下限,发现允许套管修补焊缝的缺陷剩余壁厚下限增加。随着流量的增加。

在韩国,Lin Quanhong 等人对五种不同的管线钢在不同条件下进行了焊接实验,结果表明烧穿概率与供应压力呈正相关,与不锈钢管壁厚呈负相关。显示该测试还确定了12 kJ/cm 输入热量下的安全壁厚。对于有缺陷的管道,薛小龙通过多次变换得到管道的承载力和不锈钢管道的剩余强度,进而估算烧穿概率。高强[8]比较了不同冷却方式对烧穿的影响。水冷式水的导热系数比空气高,所以水冷式管内壁最高温度低于风冷式,更难燃烧。李超文[9]对X70管线钢在线焊缝烧穿不稳定性进行了研究,采用DNV-RP-F101方法计算了工作压力上限,为防止烧穿提供了判据。

(2)氢气裂解

随着介质流从管壁散热,焊缝冷却速度增加,由此产生的氢致开裂现象称为氢致开裂。控制由氢引起的裂化比燃烧困难得多。氢致开裂具有三个先决条件:焊缝中的氢、硬化趋势和应力状态。为了防止氢致开裂,不锈钢管厂必须消除三个先决条件中的至少一个。如采用低氢焊接工艺,降低焊接氢含量。

国外已有关于氢致开裂的预防措施的研究。 EWI 在一些石油企业的资助下完成了在线焊接工艺研究,并发布了焊接工艺规范(WPS) 和工艺鉴定记录(PQR)。 Phelps [10] 研究了氢致开裂的影响因素,发现:

回火焊道工艺可以在一定程度上改善焊缝的金属组织,降低马氏体的比例,减少氢致开裂的可能性。 B. A. Graville 认为,在线焊接中热影响区的高应力是导致开裂的主要因素,多道焊工艺可以降低焊接残余应力。 PRCI 《管道维修手册》 描述了氢裂纹的形成和预防。研究表明,氢致开裂通常发生在应力集中的区域,例如焊缝或焊根。这是防止氢裂的第一步。是采用低氢焊条或低氢焊接工艺。也可以通过最小热输入、最小预热温度、回火珠沉积顺序或以上三个规则的组合来防止氢的出现。焊缝中出现裂纹。 Michael Fox [12] 提出了一种降低外加应力的方法来控制氢气开裂,体现在两个方面,一方面,降低了套管安装过程中的应力集中。套管和管道之间的间隙减小。)另一方面,应用适当的支撑和回填技术。

在韩国,王英用HAZ硬度来预测氢致开裂(硬度上限为350HV),首先根据母材的化学成分计算各相的硬度,再计算受热影响的硬度。该面积是根据Blondean 公式获得的。金海成研究了16Mn钢管在线焊缝修复,并在实验室条件下进行了焊接接头金相和力学性能检测。石油大学对16Mn管线钢管在线焊接过程中焊缝的组织和性能进行了研究,发现由于流体介质的快速冷却,焊缝出现贝氏体和氢致开裂。道焊,有人提出可以降低残余应力,提高管道在线焊接质量。



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