高钢级管道环焊缝失效机理及修复技术研究

高钢级管道环焊缝失效机理及修复技术研究随着以陕京二线、三线及西气东输二线、三线为代表的高钢级天然气管道建成投产,其运行过程中发生的环焊缝失效问题引起了广泛关注。本文以不同材质、不等壁厚的高钢级管道环焊缝焊接接头为研究对象,从失效模式、失效原因和强韧性分布规律三个方面研究了其失效机理。

同时以西气东输二线干线X80管道为研究对象,从失效控制角度研究了B型套筒修复高钢级管道环焊缝缺陷的可靠性,并掌握了焊接作业对主体管道性能的影响规律。研究结果包括以下几个方面:1、高钢级管道环焊缝主要失效模式为断裂,主要失效原因是焊接缺陷和附加载荷。

环焊缝缺陷以焊接缺陷和外观几何缺陷为主,多为叠加出现。其中,焊缝根部未熔合、焊缝冲击韧性低是导致环焊缝发生断裂的主要原因。

2、不同材质、不等壁厚的高钢级管道环焊缝大多为强匹配,弯曲载荷将首先使焊接接头强度较低且壁厚较薄的一端发生失效。焊缝中心及热影响区的几个特征区域的冲击韧性分布存在显著变化,焊缝中心冲击韧性最低,并呈现从焊缝中心到母材方向增大的趋势。

在热影响区内,熔合线与粗晶区的交叉区域冲击韧性较差,是整个环焊缝热影响区的薄弱区域。焊缝区域硬度高于热影响区和母材,热影响区内部硬度分布差别显著,粗晶区具有较高的硬度值,向母材方向逐渐降低。

3、通过全尺寸水压爆破试验验证了B型套筒可有效修复X80管道环焊缝缺陷,且B型套筒侧焊缝和角焊缝的焊接热影响对主体管道材质性能有一定程度的影响。整体而言,侧焊缝影响较小,角焊缝影响较大,晶粒度粗化会导致角焊缝正下方主体管道母材硬度升高,在弯曲试验时发生表面开裂,存在一定服役风险,应

在修复后加密监控使用。