我国油气管线已进入事故高发阶段,在役焊接修复技术对石油行业发展有着至关重要的作用。相较常规焊接,在役焊接面临烧穿失稳的工程难题。在役焊接烧穿的实质是焊接区域管壁材料处于高温状态致使承载能力下降,剩余管壁无法承受管内介质压力作用。早期研究中主要通过内壁最高温度、“等效熔池”计算等方法间接判断烧穿发生的可能,存在一定局限性和不准确性。本文通过在役焊接温度场数学模型结合管线钢温度-强度的关系建立强度场数学模型,并选定合适的积分区域对熔池下方金属的高温剩余强度进行三维积分,并以此对管道在役焊接时的极限承压能力进行计算。本文利用解析法和有限元模拟两种方法进行剩余强度法的计算。解析法是将双椭球热源看作点热源在双椭球区域的集合,则双椭球热源引发的管道上某点的温度升高就可看成是集合中点热源对该点共同作用的结果,通过积分即可得到双椭球热源温度场的数学模型,并由此建立强度场数学模型,选择合适的积分区域即可对强度场进行三维积分计算。有限元模拟法是利用SYSWELD有限元模拟软件对在役焊接过程的温度场进行模拟,借助软件后处理命令,可以得到小范围温度区间内的3D Element的体积,以该温度范围的中间值作为此3D Element的平均温度,并计算该温度下的材料强度,结合三维积分的计算原理和体积分数法即可进行剩余强度的计算。在剩余强度法进行极限承压能力计算时,三维积分区域的选择对计算结果影响甚大。管道内壁最高温度与温度场、壁厚均有直接关系,所以以内壁最高温度为参照确定合适温度积分区间可以使结果更加准确。经验证,积分区域的选取应以内壁最高温度980℃和壁厚6.4mm为衡量标准,壁厚小于或内壁温度高于标准情况下宜选取内壁最高温度的3/4作为积分范围,壁厚大于且内壁温度低于标准情况时可以选取内壁最高温度的2/3作为积分范围即可保证安全性。结合在役焊接实验结果,剩余强度法所计算的极限承压结果较“等效熔池”法有较好的准确性,可以作为烧穿失稳的判断方法。本文还对不同壁厚和热输入条件下的在役焊接过程进行了有限元模拟,通过对应力场结果分析,焊接时塑性应变最大位置出现在熔合线下方,且在役焊接发生烧穿的危险位置应位于熔深最大处的偏后位置。