还剩2页未读,继续阅读
文本内容:
直缝焊接管与螺旋焊接管比较天津大学船舶与海洋工程摘要螺旋焊管强度一般比直缝焊管高,能用较窄的坯料生产管径较大的焊管,还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管但是与相同长度的直缝管相比,焊缝长度增加30~100%,而且生产速度较低因此,较小口径的焊管大都采用直缝焊,大口径焊管则大多采用螺旋焊1引言焊接钢管它是由钢带切割成窄钢条,然后用模具冷加工裹成管状然后专用焊机接着将一条管缝焊接20世纪30年代以来,随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步,焊缝质量不断提高,焊接钢管的品种规格日益增多,并在越来越多的领域代替了无缝钢管焊接钢管比无缝钢管成本低、生产效率高我国海洋油气管道工程中广泛采用,需求量逐年增加《“十二五”发展纲要》明确提出,到2015年输油气管道总长度将超过15万公里,这将比2010年增长90%焊接钢管按焊缝形状分类可分为直缝焊管和螺旋焊管,本文从不同方面,对二者进行比较2螺旋缝埋弧焊管与直缝埋弧焊管的比较2-1焊管简介2-1-1直缝焊接管用热轧或冷轧钢板或钢带卷焊制成的钢管在焊接设备上进行直缝焊接得到的管子都叫直缝焊管(由于钢管的焊接处成一条直线故而得名)2-1-2螺旋焊管是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋线的角度(叫成型角)卷成管坯,然后将管缝焊接起来制成,它可以用较窄的带钢生产大直径的钢管螺旋焊管主要用于石油、天然气的输送管线,其规格用外径*壁厚表示螺旋焊管有单面焊的和双面焊的,焊管应保证水压试验、焊缝的抗拉强度和冷弯性能要符合规定2-2焊接工艺直缝钢管生产工艺比较简单,主要有高频直缝焊管和埋弧焊直缝焊管高频直缝焊接钢管是通过高频焊接机组将一定的规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝焊高频焊是一种感应焊(或压力接触焊),它无需焊缝填充料,无焊接飞溅,焊接热影响区窄,焊接成型美观,焊接机械性能良好等优点,因此在钢管的生产中受到广泛的应用接而成钢管钢管的形状可以是圆形的,也可以是方形或异形的,它取决于焊后的定径轧制直缝焊管生产效率高,成本低,发展较快直缝埋弧焊钢管具有一条纵向焊缝,内、外焊缝均采用一道埋弧焊焊成经过整体机械扩径处理,钢管内部应力小且分布均匀,可有效防止应力腐蚀开裂,尺寸精度高,便于现场焊接施工采用预焊后精焊的工艺,焊接过程稳定,焊缝质量高焊缝易于实现生产过程中的无损探伤和使用过程中野外的无损探伤复查产品规格范围大,既可生产小直径、大壁厚也可生产大直径、大壁厚的钢管管径受钢板宽度的制约一种宽度的钢板只能生产出一种直径的钢管螺旋焊管强度一般比直缝焊管高,螺旋缝埋弧焊管没有母材100%超声波探伤、扩径等工序产量较低焊缝自动跟踪困难成型、焊接均在连续运转的动态下完成;可实现连续生产能用较窄的坯料生产管径较大的焊管,还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管但是与相同长度的直缝管相比,焊缝长度增加30~100%,而且生产速度较低因此,较小口径的焊管大都采用直缝焊,大口径焊管则大多采用螺旋焊从焊接工艺而言,螺旋焊管与直缝钢管的焊接方法一致埋弧焊,但直缝焊管不可避免地会有很多的丁字焊缝,因此存在焊接缺陷的机率也大大提高,而且丁字焊缝处的焊接残余应力较大,焊缝金属往往处于三向应力状态,增加了产生裂纹的可能性在国内较小口径的焊接钢管大都采用直缝焊大口径焊接钢管则大多采用螺旋缝焊目前我国已具备生产大口径的直缝埋弧焊钢管的能力并在石油天然气输送工程中得到了使用2-3材料性能直缝埋弧焊管是用钢板生产的,而螺旋焊管是用热轧卷板生产的热轧带钢机组轧制工艺具有一系列的优点,具有获得生产优质管线钢的冶金工艺能力例如,在输出台架上装有水冷却系统以加速冷却,这就允许使用低合金成分来达到特殊的强度等级和低温韧性,从而改进钢材的可焊性但这一系统在钢板生产厂基本没有卷板的合金含量碳当量往往低于相似等级的钢板,这也提高了螺旋焊管的可焊性更需要说明的是,由于螺旋焊管的卷板轧制方向不是垂直钢管轴线方向其夹解取决于钢管的螺旋角,而直缝钢管的钢板轧制方向垂直于钢管轴线方向,因而,螺旋焊管材料的抗裂性能优于直缝钢管而且,根据埋弧焊的工艺规定,每条焊缝均应有引弧处和熄弧处,但每根直缝焊管在焊接环缝时,无法达到该条件,由此在熄弧处可能有较多的焊接缺陷2-4结构强度焊管在承受内压时,通常在管壁上产生两种主要应力,即径向应力和轴向应力,焊缝处受合成应力由于焊缝形状的不同,在承受内压时,螺旋焊缝处合成应力是直缝焊管主应力的60-85%因此,在相同工作压力下,同一管径的螺旋焊管比直缝焊管壁厚可减小在文献
[2]中有详细计算过程,其结论如下当焊管内存在残余拉应力时临界断裂应力氏减少螺旋焊管与直缝焊管的裂纹扩展方向θ0取决于裂纹角β、裂纹与焊缝夹角α及残余应力与工作应力的比值螺旋焊管与直缝焊管的承载能力的对比分析表明在螺旋角γ一定的情况下二者的断裂失效取决于焊接裂纹缺陷与焊缝的夹角α焊管的临界裂纹扩展工作压力P与α、β、σs、kIC有关2-5质量分析2-5-1螺旋缝埋弧焊钢管的缺点没有母材的100%无损检测管体的内在质量难保证丁字焊缝存在缺陷的概率较高焊管生产线较长产生母材压坑划伤等缺陷较多边成型边焊接的动态生产工况易产生错边、开缝、管径变化以及动态工况加上在空间曲面上的焊点位置的影响易产生各种焊接缺陷存在较复杂的残余应力如成型卷曲过程中产生的弯曲应力、扭曲应力以及自由边变形较充分递送边被迫变形产生的应力内、外焊接产生的残余应力等其残余应力的分布、量值大小变化较大螺旋缝焊管又不易消除残余应力因此影响管线的寿命焊缝长为管长的
1.3~
2.3倍增加产生缺陷的概率焊速较高产生焊接缺陷的概率高输送酸性天然气时会损坏埋弧焊缝2-5-2螺旋缝埋弧焊管的优点由于冲击值的各向异性使其开裂的最大驱动方向避开了最小断裂阻力方向由于强度的各向异性使其垂直螺旋焊缝方向的强度薄弱方向避开了主应力方向2-5-3直缝埋弧焊管的缺点主应力方向和垂直焊缝的强度薄弱方向一致开裂的最大驱动方向和最小断裂阻力方向一致2-5-4直缝埋弧焊管的优点母材的100%超声检测保证了管体的内在质量没有拆卷——圆盘剪的工序材压坑、划伤少焊接是在成型完成后在水平位置沿直线进行的因此错边、开缝、管径周长控制较好焊接质量优良消除应力后的成品管基本上不存在残余应力焊缝短产生缺陷的概率小可以有条件的输送潮湿的酸性天然气扩径后钢管的几何尺寸精度高大大方便了管道现场对接施焊可提高整条管线的质量3比较结论螺旋钢管的制造工艺决定其残余应力较大,据国外有关资料记载,有些甚至接近屈服极限,直缝埋弧焊钢管因采用扩管工艺,残余应力接近零螺旋焊缝焊接跟踪及超声波在线检测跟踪均较困难,因此,焊缝缺陷超标概率高于直缝埋弧焊管螺旋钢管焊缝错边量多数在
1.1~
1.2mm按照国际惯例错边量要小于厚度的10%,如管道壁厚较小时,错边量难以满足要求,而直缝埋弧焊管无此问题与直缝埋弧焊管相比,螺旋焊缝流线较差,应力集中现象严重螺旋埋弧焊钢管热影响区大于直缝埋弧焊钢管的热影响区,而热影响区是焊管质量薄弱环节螺旋缝焊钢管几何尺寸精度差,给现场施工(如对口、焊接)带来一定的困难同样直径,螺旋缝焊钢管能达到的厚度远小于直缝埋弧焊钢管4应用现状50~60年代,螺旋钢管在油气输送管道中得到广泛的应用,70~80年代受到直缝埋弧焊钢管及ERW钢管的严重挑战,国内外的长输管道主要采用螺旋焊管与直缝焊管二者之间的差异表现在焊缝的方向上在应用的可靠性方面国外的许多管道公司在规范中明确规定油气管道在一定尺寸范围内禁止使用螺旋焊管在我国与国外管道设计公司合作的项目全部或部分采用直缝焊管至今世界各国在油气管道输送中基本上已不再采用螺旋钢管,国际上许多大石油公司及管道公司已经不允许在油气管道上选用螺旋埋弧焊钢管这是因为管道工业的发展对钢管可靠性要求越来越高,而螺旋钢管由于其制造本身无法克服的缺陷,使其难以满足客观发展的要求参考文献
[1]李延丰螺旋缝埋弧焊管与直缝管之特点焊管19985
[2]蓝绍华吕英民.螺旋焊管与直缝焊管裂纹断裂分析[J].
1999.
[3]田楠吴锋.输送流体用焊接钢管的选用[J].甘肃科技2009257:90-
91.
[4]王晓香.焊接钢管技术的新进展[J].焊管20113403:5-
11.
[5]沧州市鑫宜达钢管集团股份有限公司细数钢管的几大分类http://www.hbxinyida.com/news/
11.html
[6]河北美德钢管制造有限公司螺旋埋弧焊钢管与直缝埋弧焊钢管http://www.meidegg.com/
337058941672.html。