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1、word 东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求第26卷第8期油气储运东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求潘红丽王强李景昌(中国石油管道公司管道科技中心)(中国石油管道公司)滕延平姜征峰赵卿(中国石油管道公司管道科技中心)(中国石油管道公司)(中国石油天然气管道局事业部)潘红丽王强等:东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求,油气储运,2007,26(8)3942.摘要对东北管网钢级为Q345(72o8.9mm)的钢管试样进行了管道抢修腐蚀坑补强工艺试验,提出了可焊接的腐蚀坑最大允许深度,补板间最小距离,补板与环焊缝和螺旋焊缝的距离等技术要求.试验结果表明,低流速流体和流体压力对烧穿和硬

2、度影响较小;在立焊位置发生烧穿的可能性比其它位置大,需要严格控制焊接热输入.主题词输油管网腐蚀焊接补强技术要求一,东北管网概况东北管网始建于2O世纪7O年代初期,经过3O余年的运行,目前管道已经出现不同程度的老化,腐蚀及开裂事故逐年增多.为实现东北管网再安全运行2O年,恢复400010t/a输油能力的目标,对其进行了管网改造.为指导大修现场进行腐蚀管道补强作业,选取Q345管材(72o8.9mm)的钢管试样,进行了腐蚀管道补强焊接工艺试验,给出了焊接工艺参数和技术要求.东北管网的运行条件见表1.表1东北管网的运行条件注*焊接时可降压至2MPa以下.二,在役管道腐蚀坑焊接补强技术要求在役管道的焊

3、接主要存在两个问题,一是烧穿,在带压管道上施焊时,如果焊接熔池下方未熔化金属强度不能承受内部热应力,就会发生烧穿现象;二是流体从管壁带走热量,加速了焊接部位的冷却速度,从而导致氢致裂纹.如果壁厚大于6.4mm,采用低氢焊条(EXX18型)和正常的焊接工艺,就不可*065000,河北省廊坊市金光道51号;电话:(0316)2170719能发生烧穿.如果管壁较薄(小于6.4mm),必须限制热输入以降低烧穿的危险n.但是,较低的热输入不足以补充流体从管壁带走的热量,导致焊缝冷却速度过快,从而发生氢致裂纹.因此,焊接工艺参数的选择必须兼顾管道安全和防止材料性能恶化.文献2指出,采用低氢焊条焊接在役管道

4、,管道内表面的最大温度(982)为防止烧穿的最大极限温度.通常认为.,对于合金钢,1316的平均峰值温度代表粗晶区(CGHAZ),954代表细晶区(FGHAZ).对于在役管道焊接,Edison焊接研究所”的研究表明,采用直径为3.2mm的焊条,在油气储运ll0A的焊接电流下,热输入值为0.87kJ/mm时,管道的最小可焊厚度为4.0mm.采用2.4mm的焊条,在热输入值为0.59kJ/ram时,最小焊接壁厚为3.2mm(管道内压为5.5MPa).SY/T6554-2003在用设备的焊接或热分接程序标准明确规定,在说明书中应对工件的最小母材厚度的要求加以说明.4.8mm是多数焊接和热分接所推荐的

5、最小母材厚度.为预防烧穿,实际的母材最小厚度是强度所需厚度的函数,即为强度所需的厚度加上一个安全厚度,一般为2.4mm.上述文献和标准说明,对于在役管道焊接,必须通过控制焊接工艺参数,以防烧穿和产生裂纹.因此,对于在线管道焊接,需要进行焊接工艺试验,确定实际的工艺参数,特别是直接在腐蚀坑上堆焊焊接金属.1,腐蚀坑堆焊补强工艺试验(1)试验条件和工艺参数将试样展平加工出不同深度的坑槽来模拟管道的腐蚀坑.焊接方法为手工焊条电弧焊,焊机为YD一400AT2HGF型IGBT控制直流弧焊机,焊接材料为J507(E5015)庐3.2低氢焊条.表2为腐蚀坑补焊焊接工艺参数.点腐蚀补焊试验分为三组,焊接方式均

6、为平焊.第一组为腐蚀坑深度不同,焊接工艺相同(热输入值相同);第二组和第三组分别为腐蚀坑深度相同(4.0mm和5.0mm),而焊接工艺不同.对于点腐蚀坑补焊,持续焊接时间不超过60S,以避免管壁长时间受热,超过982.C而烧穿.如果还需要继续填补焊接,则要等到焊缝金属冷却到150以下,并清除焊渣后方可进行.面腐蚀分为两组.第一组和第二组分别为腐蚀坑深度相同(4.0mm和5.0mm),而焊接工艺不同,焊接方式为平焊.同时,对腐蚀坑深度为5.0mm的面腐蚀,在立焊位置进行了试验.面腐蚀采用多道焊接填补,每层焊道间温度低于150,并将每层焊道的焊接熔渣清除干净.表2腐蚀坑补强焊接工艺参数(2)试验结

7、果通过测定熔合线附近细晶区(FGHAZ)到试样背面的距离()来预测试样是否有烧穿的可能性,若<4.0mm,则认为有烧穿危险.表3为不同工第26卷第8期潘红丽等:东北管网腐蚀坑焊接补强技术要求艺和不同腐蚀深度下熔合线到试样背面的最小距离.表3不同工艺和不同腐蚀深度下的最小距离细晶区至试样细晶区至试样试样编号背面距离t试样编号背面距离t(ram)(ram)PC114.6PC333.7PC123.7FC114.9PC132.8FC124.6PC214.4FC134.6PC224.5FC213.7PC234.5FC224.1PC314.4FC233.2PC323.9FC243.1从表3可以看出,

8、在焊接电流为105A,焊接电压为2630V的正常焊接条件下,对于壁厚为8.9mm的试样,当腐蚀坑深度超过4.0mm时,就会烧穿;如果腐蚀坑深度不超过4.0mm,则不会发生烧穿.因此,采用直径为3.2mm的低氢焊条,在正常的焊接规范下(焊接电流为105A),可以焊接的腐蚀坑母材的最小剩余厚度为4.9mm.如果腐蚀坑的深度达到5.0mm(此时母材剩余厚度为3.9mm),则要求采用的焊接电流必须低于105A,这样才可避免烧穿.对于面腐蚀,由于要采用多道焊接,因此必须采用小电流焊接(不超过105A),并控制焊层间的温度小于150.试验结果表明,在立焊位置发生烧穿的可能性高于其它位置.在试验中,没有流体

9、和运行压力对防止烧穿最小壁厚的影响,国外有研究表明,在有流体或流速增加时,焊接烧穿的可能性降低;在低流速时,管道内表面温度与没有流体时的温度差别很小.虽然降低压力是为了防止烧穿的强制安全措施,但流体压力对烧穿的发生几乎没有影响,因为受热面积很小,管壁上的应力在加热区即腐蚀坑附近重新分布,因此,在低流速和低运行压力情况下,可以不考虑流速和压力对烧穿的影响.在役管道焊接的氢致裂纹产生与热影响区(HAZ)硬度有关,APIStd.1104标准中要求HAZ硬度不超过350HV.通过对焊缝金属和热影响区进行硬度试验,可以预测是否发生氢致裂纹.硬度试验位置见图1,试验结果见表4.表4HAZ硬度试验结果图1H

10、AZ硬度试验位置?42?油气储运从表4可以看出,焊缝上的硬度值比HAZ的硬度值高,但没有超过标准要求.试验结果表明,焊接线能量越小,焊缝的硬度越高;母材的剩余壁厚越小,HAz的硬度也相对较高.在没有流体的情况下,HAZ的硬度值难以超过350HV.试验中未考虑流速对硬度的影响,文献2研究表明,粗晶区(CGHAZ)的硬度值最高.虽然随着流速增加,管道内表面的散热系数也增加,但硬度最高值增加却很小.对于X65管道钢,在气体流速为20m/s时,其HAz的最高硬度为257HV.,比在没有流体情况下的硬度高6.可以认为,在安全壁厚进行腐蚀坑补焊时,因热量散失而诱发的氢致裂纹可能性相对较小.2,腐蚀坑补弧板

11、焊接焊缝最小间距如果腐蚀坑深度过大,就不能采用直接堆焊焊缝金属;腐蚀坑面积太大,直接堆焊效率太低,而且采用连续多道堆焊易导致温度过高,有烧穿危险,这时可以采用补弧板焊接,但是如果补板焊缝之间,以及补板焊缝与环焊缝和螺旋焊缝之间焊缝密集,形成不合理的焊接接头,就可能导致应力集中产生脆断倾向.根据文献6要求,为了避免焊缝密集而导致产生应力集中,焊缝最小间距应大于3丁(T为管道公称壁厚),见图2.一般手工电弧焊的单侧HAZ的总宽度为6.08.5mm,埋弧自动焊单侧HAZ宽度为2.34.0mm.因此,为了避开两焊缝问HAZ的重叠而产生不良影响,补弧板焊缝间距,补弧板与螺旋焊缝和环焊缝的间距应大于20图

12、2焊缝最小间距三,结论(1)低流速流体和流体压力对烧穿和硬度影响较小.(2)对于点腐蚀坑堆焊,采用直径为3.2mm的低氢焊条,在正常的焊接规范下(焊接电流105A),持续焊接时间不超过60s时,可以焊接的腐蚀坑母材的最小剩余厚度为4.9mm.如果一次未完成堆焊,还需要继续填补焊接,则需要将焊缝金属冷却到150.C以下,并清除焊渣后方可进行.(3)对于面腐蚀坑进行多道堆焊填补,采用小电流焊接(不超过105A),可以焊接的腐蚀坑母材的最小剩余厚度为4.9mm.每焊道层间温度要低于150,并将每层焊道的焊接熔渣清除干净.(4)在立焊位置发生烧穿的可能性比其它位置大,更需要严格控制焊接热输入.(5)采

13、用补弧板进行腐蚀坑补强,补板间最小距离,补板与环焊缝和螺旋焊缝的距离应大于3倍壁厚,并且大于20mm.参考文献1,APIStansard1104,WeldingofPipelineandRelatedFacilities.2,BANGIW,SoNYP.oHKHeta1:NumericalSimulationofSleeveRepairWeldingofInServiceGasPipeline.WeldingJournat,2002(12).3,LundinCD,GillTPS,QiaoCYPetal:Weldabilityoflowcarbonmicroalloyedsteelsformari

14、nestructures,WeldingResearchCouncilBulletin,1990(359).4,BruceWA,HoldrenRL,MohrWCetal:RepairofPipelinebvDirectDepositionofWeldMeta1FurtherStudies.PRC/International,ProjectPR一1859515,November1996.5,SY/T65542003,在用设备的焊接或热分接程序6,田锡唐:焊接结构,机械工业出版社(北京),1981.7,周振丰张文锇:焊接冶金与金属焊接性,机械工业出版社(北京),1988.,薯誓尊一一0_翟.粤l_llll蔓llllll专_羹ll_lll0(收稿日期:20061019)(编辑:吕彦)灏国罄蓥