钢制悬链线立管(SCR)及其焊接接头的腐蚀疲劳行为研究进展

腐蚀疲劳开裂是海洋服役管线钢及其焊接接头最为严重的失效形式之一。近年来,研究人员对管线钢焊接接头腐蚀疲劳裂纹的机理、影响因素等方面的研究正在不断深入,但还有部分现象的解释未能统一。文中对腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展机理进行了阐述,对影响腐蚀疲劳裂纹扩展的材料、力学、环境等因素的研究进行了总结归纳,对新的结论和模型进行了探讨,并对进一步的研究进行了展望。

X65级双层海管外管全自动焊工艺研究

基于STT封底和全自动FCAW-G填充盖面焊接,开发了一种适用于双层海管外管全自动焊工艺,通过宏观形貌观察、力学性能测试等手段验证自动焊工艺下的海管焊接接头的可靠性,满足DNV OS F101:2017《海底管线系统》标准要求,可应用于X65碳素钢海管外管的焊接施工。

X65管线钢焊接工艺性能测试分析

针对用于海洋油气资源运输的X65管线钢,通过无损检测、力学性能测试及饱和硫化氢浓度的应力腐蚀试验对焊接接头进行测试。结果表明,采用CMT打底、GMAW填充的焊接工艺,能有效保证焊接接头的低温力学性能;但由于焊缝和粗晶热影响区的硬度过高,焊接接头在硫化氢环境中会发生断裂失效。

焊接热输入对CMT打底焊接头组织与性能的影响

虽然CMT打底焊能够显著改善接头的成形质量,得到良好的焊接效果,但是由于其热输入较低,所以导致粗晶热影响区(CGHAZ)硬度偏大、抗硫化氢应力腐蚀开裂能力较差。通过微观组织分析、硬度检测、硫化氢应力腐蚀试验对比研究了5种不同焊接热输入的CMT打底焊试样的抗硫化氢应力腐蚀能力。结果表明:低热输入下的CGHAZ微观组织主要为粒状贝氏体、板条贝氏体和M-A组元,有着更高的硬度和应力腐蚀敏感性;高热输入下的CGHAZ微观组织主要为铁素体和贝氏体,有着较低的硬度和应力腐蚀敏感性。

机器人自动焊焊接接头低温冲击韧性优化研究

在机器人全自动焊接工艺开发过程中,存在其焊接接头低温冲击功不满足焊接标准要求或者离散度较大的现象。为解决此问题,针对多个可能影响机器人自动焊焊接接头低温冲击韧性的因素,制定不同的焊接方案,进行焊接试验及焊后焊接接头低温冲击功测试,并对得到的数据进行离散度分析。经对比发现,不同影响因素对于焊接接头低温冲击韧性影响大小不一,热输入及焊材牌号的影响最大。施工效率最高的焊接方案为:采用M60焊材,以1.0~1.25 kJ/mm的热输入焊接,采用气刨清根并配以打磨,背面填充采用药芯气保焊,配以L71焊材焊接,按照此方案开展实验,结果表明焊接接头的低温冲击功在-40℃时仍满足规范要求。

X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为研究

X65管线钢被广泛用于深海石油运输,焊接是海洋立管的主要连接方式之一。在深海油田中的H_(2)S含量较高,会影响海洋立管焊接接头的服役寿命,特别是疲劳寿命。文中对比研究了X65管线钢焊接接头在空气和H_(2)S腐蚀环境下的疲劳行为,结果表明,由于根部焊缝余高处应力集中,最易萌生裂纹,在H_(2)S腐蚀环境下,加速了焊接接头的裂纹萌生和扩展,疲劳寿命显著下降。

预充氢对SCR焊接接头应力腐蚀敏感性影响

文中通过对X65制钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)焊接接头进行微观组织分析、慢应变速率拉伸试验(slow strain rate test,SSRT)及断口分析,探究预充氢对SCR应力腐蚀开裂(stress corrosion cracking,SCC)敏感性的影响.结果表明,焊接接头热影响区中,细晶热影响区(fine-grained heat-affected zone,FGHAZ)主要由细小且均匀的铁素体(ferrite,F)和珠光体(pearlite,P)组成,使该区域力学性能显著优于其他热影响区域,而粗晶热影响区(coarse-grained heat-affected zone,CGHAZ)主要包括大块的先共析铁素体(proeutectoid ferrite,PF)、M-A组元等组织,使得该处抗SCC性能较差.SSRT试样在不同预充氢时间的条件下,应力-应变曲线的弹性阶段几乎重合,但预充氢使得试样抗拉强度降低.此外,NaCl溶液腐蚀环境试样未充氢及充氢4天的应力腐蚀敏感性系数EZ分别为0.67%和11.14%;H_(2)S腐蚀环境试样未充氢及预充氢4天的应力腐蚀敏感性系数EZ值分别为11.96%和46.38%,证明两种腐蚀环境下预充氢均会降低焊接接头的抗SCC能力.试样在空气环境中发生韧性断裂,在两种腐蚀环境主要发生准解理断裂,预充氢使材料韧性降低,断口附近的微裂纹和孔洞现象加剧,降低了材料的抗SCC性能.

X65级海管环缝无衬垫封底全自动焊工艺及焊缝性能研究

在一些国外海洋油气田开发项目中,输送含有酸性腐蚀介质的海底管道环缝焊接强制要求采用无铜衬垫封底焊接技术,确保焊缝在硫化氢(Hydrogen Sulfide,H2S)酸性腐蚀服役过程中不会出现硫致应力开裂(Sulfide Stress crack,SSC)。为解决铜衬垫在封底焊接过程中铜原子受热扩散进入焊缝金属并对其性能产生破坏性影响的问题,采用表面张力过渡(Surface Tension Transfer,STT)封底焊接和熔化极气体保护焊接(Gas Metal Arc Weld‐ing,GMAW)填充盖面焊接技术,开发了一种适用于海管S型铺设的无衬垫封底全自动焊工艺并对焊缝性能进行测试研究。结果表明,横向拉伸、全焊缝拉伸、侧弯、冲击、宏观硬度及H2S腐蚀试验等均满足项目焊接规格书及DNV OS F101(2013)标准要求;焊接接头试样均通过了NACE 0177标准下的硫致应力开裂试验,可应用于含H2S酸性环境下X65级碳钢海管的焊接施工。STT表面张力过渡封底焊接属于单面焊双面成形技术,焊接热输入小,飞溅极少,焊缝成形好,是无衬垫封底焊接技术的一种可靠选择。

海洋石油平台制管焊接新工艺的开发与评价

针对海洋石油平台建造中传统制管焊接工艺存在的工序多、焊材用量大、噪声大、效率低等问题,设计开发出了大钝边无间隙埋弧焊焊接新工艺。该工艺采用埋弧焊方法,将焊接坡口改为大钝边无间隙X形坡口,取消了传统制管焊接工艺中的STT封底焊工序和碳弧气刨作业,从而减少了焊接工序,节约了焊材用量,显著地提高了焊接效率。试验评价结果表明,应用新工艺,焊缝尺寸满足工程要求,焊缝机械性能均符合相关标准要求。

海洋石油平台建造美标钢材国产焊材焊接工艺研究

开发了一种用国产TWE-711Ni焊丝焊接进口API2W50T钢的焊接工艺。无损检验和力学性能试验结果均表明,新焊接工艺能够满足焊接质量标准要求。新焊接工艺已在渤海PL19-3油田Ⅱ期开发工程项目和MODEC等国外项目得到成功应用,降低了平台建造成本,缩短了焊材进货周期,有效地保证了工程项目的顺利进行,并可为其他进口钢材焊接工艺的改进提供借鉴。

海底管道铺设全自动焊技术开发

依托我国南海深水荔湾油气田开发项目,介绍了海底管道全自动焊工艺开发过程,该工艺具有焊接速度快、效率高、质量稳定特点,尤其于大管径海底管道的铺设过程中凸显其优势特点。在焊接过程中,严格控制焊接工艺参数,以便获得质量优良的焊接接头。

316L不锈钢药芯焊工艺开发

介绍了一种316L不锈钢CO_2气保护药芯焊工艺,该工艺具有焊接速度快,效率高的特点。在焊接过程中,应严格控制预热温度、层间温度,控制较小的热输入量,以便获得质量优良的焊接接头。

海管全自动焊接接头性能研究

通过试验方法,对海管全自动焊接接头的性能进行了研究。试验方法包括宏观金相观察、硬度测试、冲击测试和TEM分析。试验结果显示:通过宏观金相观察与测量,焊缝最大宽度为13.49mm,而HAZ的最大宽度为1.58mm;硬度测试结果显示,焊缝区域(13.49mm)硬度值稍高于母材,HAZ(1.58mm)硬度值稍低于母材;焊缝中心线位置冲击值最低,其他位置冲击值很接近,无明显区别;在HAZ(1.58mm)晶粒内部有大量应变,在焊缝中心及母材位置几乎没有应变。

X65大变形管道防屈曲焊接控制措施研究

文中以API X65大变形管线钢为研究对象,通过数值模拟方法,研究母材/焊材高低匹配、焊接余高及焊接错边等因素对环焊缝焊接接头经受Reel-lay铺设大变形后局部屈曲行为的影响,结果表明:焊缝高匹配可有效防止焊缝局部屈曲;随余高的增加,焊缝中心应变减小;在满足焊缝成形及无损检测要求的情况下,增加余高可降低屈曲倾向;尽量减小焊接接头错边量可降低环焊缝局部屈曲倾向。以上结果可指导焊接施工,以控制局部屈曲。

Reel铺设弯曲过程对X65海管焊接接头力学性能的影响

利用自主设计的弯管试验机对ФS101.6mm×14.3mm的X65级焊接管线钢进行了Reel铺设弯曲模拟试验,并通过拉伸试验、弯曲试验和冲击试验评价了Reel铺设弯曲过程对X65海管焊接接头环焊缝的拉伸性能、弯曲性能和低温冲击韧性的影响。试验结果表明,弯曲前后的X65级管线钢的GTAW焊接接头的各项力学性能均能满足相关标准要求。

海洋平台工艺管线焊接新工艺

本文介绍了一种海洋平台工艺管线TT焊工艺,通过试验验证,该工艺可以满足管线焊接要求。这种工艺集合了TIG焊质量稳定和MIG焊高效率的优点,应用前景广泛。

管线钢焊接接头H_2S应力腐蚀试验分析

采用楔形张开加载(WOL)试样,对X56、X65管线钢不同焊接工艺下焊接接头的焊缝金属和热影响区在H2S介质中的抗应力腐蚀性能进行了试验研究.结果表明,全部平行试样都发生了少量的裂纹扩展,当应力强度因子K达到临界值(KISCC),裂纹不再扩展.在文中采用的焊接工艺下制备的X56钢和X65钢焊接接头,热影响区的抗H2S应力腐蚀性能略强于焊缝金属,且焊缝金属和热影响区性能均低于文献中介绍的母材性能,可以认为是焊缝金属和热影响区粗晶区的晶粒粗化、焊接缺陷、焊接残余应力和焊缝的高匹配等因素造成的.

深水钢悬链立管焊接工艺及焊缝性能试验研究

深水钢悬链立管(Steel Catenary Riser,SCR)是浮式平台的主要部件,在服役条件下由于受到海洋特殊的海浪、潮汐、台风等各种环境因素的影响,极其容易发生疲劳破坏。为解决钢悬链立管在深水服役环境中受循环载荷的作用容易产生疲劳失效的问题,采用冷金属过渡(Cold Metal Transition,CMT)打底、脉冲模式填充盖面的熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW),开发了钢悬链立管S型铺设全自动焊工艺并进行了焊缝性能试验研究。结果表明,横向拉伸、全焊缝拉伸、侧弯、缺口断裂、冲击、宏观硬度及全尺寸疲劳等试验结果均满足SCR焊接规格书要求;SCR环焊缝通过全尺寸疲劳试验测试,所有焊缝疲劳性能满足BS7608(1993)的外径D曲线和内径E曲线的95%置信水平要求;由于CMT冷金属过渡封底为无衬垫单面焊双面成型技术,具有焊接热输入量小、无飞溅等优点,可确保焊缝根部成形与母材圆滑过渡,减小SCR焊缝应力集中,从而提高其抗疲劳性能。

X70/316L双金属复合管全自动TIP TIG焊接接头热影响区宽度

通过试验和有限元模拟的方法,对全自动Tip Tig焊接工艺对X70/316L双金属复合海管焊接接头热影响区(HAZ)宽度的影响进行研究。试验方法包括宏观金相试验、硬度试验、冲击试验和透射电镜(TEM)试验,试验结果依次为:全自动TT焊的热影响区宽度超出原焊缝熔合线1.71 mm;焊接对母材硬度的影响仍在原焊接接头的热影响区范围之内;焊缝中心线和熔合线位置冲击值较低,其他位置冲击值很接近,无明显区别;在热影响区(1.58 mm)晶粒内部有大量应变存在,衍射斑点证明所选区域为单晶组织,取向一致,而在焊缝中心及母材位置几乎没有形变。有限元模拟的结果表明:以焊缝中心为0点,最大塑性区宽度为-21.7 mm(左)和23.4 mm(右)。

X65海管环缝耐H_2S应力腐蚀性能研究

采用四点弯曲试验方法,评价了海底管道X65级管线钢采用GTAW+SMAW工艺的环焊缝接头的耐H2S应力腐蚀性能。通过对接头的宏观观察和微观组织分析结果表明,X65级管线钢的GTAW+SMAW焊接接头并未出现裂纹,且无微观组织缺陷,具有较好的耐H2S应力腐蚀性能。