X70钢管线在役焊接修复的研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:linqingxia15
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在役焊接修复技术以其经济、高效、环保等优势广泛应用于油气管道修复行业,服役的旧管线如X70钢管线由于腐蚀等多种原因造成的缺陷,从某种程度上促进了在役焊接修复技术的发展。然而在役焊接修复技术因施工条件的多变性,目前难以形成统一完善的标准。鉴于此,本文借助ANSYS软件,通过有限元模拟与文献实验数据相结合的方式验证了计算方法的正确性后,首先针对在役焊接修复常用套袖的尺寸与安装位置作了深入研究,指出了借鉴GB 50235-2010《工业金属管道工程施工规范》来确定套袖尺寸和安装位置的不足,并给出了新的套袖尺寸与安装位置;其次通过比较焊接瞬时焊缝下方管壁沿着垂直于壁厚方向的屈服应力和Von-Mises应力的大小,提出了一种新的管道烧穿预测方法;最后根据Yurioka模型,结合在役多道焊接温度分布和管道化学组成对热影响区最高硬度进行了计算,判断出了油气管道在役焊接修复后的氢致开裂风险性。本文以热力间接耦合法进行焊接有限元分析,在应力求解阶段,加入了ANSYS软件二次开发编写的熔池处理命令流,具体研究方法为:选取不同外径、壁厚以及工艺条件的管道来确定对接焊缝残余应力影响区和缺陷应力集中影响区的范围;建立不同规格管道和操作条件下的套袖焊接修复模型来确定套袖角焊缝残余应力影响区大小;比较不同壁厚套袖修复后管道外表面Von-Mises应力大小来确定合适的套袖壁厚;结合特定套袖修复模型来对在役焊接修复面临的烧穿和氢致开裂问题进行预测,研究结果表明:1.管道对接焊缝残余应力影响区大小仅与管道外径和壁厚有关,与焊接线能无关;管道缺陷周围应力集中区大小只与管道外径有关,受壁厚、缺陷尺寸以及内压的影响很小;套袖修复后角焊缝残余应力影响区范围保持在100mm不变;套袖壁厚宜在11.4倍管道壁厚之间选取。2.对外径为273.1mm,壁厚为6mm,内压为1.5MPa,焊接线能为0.6kJ/mm的管道进行套袖修复模拟,通过比较焊缝下方管道等效应力(Von-Mises应力)与屈服强度的大小,判断出管道有效承压壁厚为2.6mm,不会发生烧穿。3.借助ANSYS软件,模拟得到在役多道焊接时的温度分布,以此计算冷却时间t8/5,根据X70钢化学成分,代入Yurioka模型计算出热影响区硬度最高值,将其与发生氢致开裂时的硬度350HV作比较。结果表明:常规工艺条件下,在役焊接修复的氢致开裂风险性较小。
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