不同Nb含量X80钢管环焊热影响区的微观组织与韧性

为研究Nb含量对焊接热影响区微观组织和性能的影响,采用熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)和手工焊条电弧焊(shielded metal arc welding,SMAW)对0.055%Nb和0.075%Nb含量的X80钢管进行环焊.采用夏比冲击试验和金相分析方法,研究热影响区的微观组织差异和夏比冲击韧性.并借助扫描电镜和超高温激光共聚焦显微镜分析不同Nb含量X80管体的微观组织对热影响区性能的影响.结果表明,在0℃和-20℃时,0.075%Nb和0.055%Nb的X80钢管GMAW环焊接头热影响区均具有较高的冲击韧性,其平均冲击吸收能量均高于150 J.其中0.055%Nb略高于0.075%Nb的GMAW环焊接头热影响区夏比冲击吸收能量;焊接热输入较低时,0.055%Nb低于0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区的韧脆转变温度,具有更好的低温韧性.焊接热输入较高时,0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区具有更高的上平台冲击吸收能量,且上平台温度和韧脆转变温度也更低,其低温韧性也更优异;还发现了X80环焊接头热影响区的冲击韧性不仅与热输入量和热影响区马氏体-奥氏体组织(M-A)的形状、大小、分布有关,而且还受管体中Nb含量、原始的强度与韧性、微观组织状态的遗传影响.

基于应变设计X80钢管性能关键影响因素分析及模拟评价

针对基于应变设计管线钢对应变容量的需求,阐述了材料的屈强比、应力比、屈服强度和抗拉强度、均匀延伸率、塑性各向异性等对钢管屈曲应变容量的影响,以及目前在管道材料方面的研究及取得的技术成果。以中石化新疆煤制气外输管道工程为例,对X80M钢级Φ1 219 mm×26.4 mm规格钢管采用数值模拟、性能测试等方法,建立了管道屈曲应变量与力学性能指标的关系式,并采用全尺寸弯曲试验对拟合结果进行了验证,从工程应用角度提出了基于应变设计X80钢管的各项性能指标。结果表明,该项目用管材最小应力比R_(t2.0)/R_(t1.0)为1.033,纵向屈服强度为530~630 MPa,纵向抗拉强度为625~770 MPa,最大屈强比为0.85,最小均匀延伸率为6%。

X80钢管的焊接

基于天然气增长的需求 ,管道材料的研究正朝着高强度、高韧性以及优良的现场焊接性能等多方面发展。目前 ,高强度、长距离、大口径管道已成为输气管道的发展方向。从焊接方法、焊接材料等方面介绍了X80钢管的环缝焊接 ,并分析了X80管道钢的焊接性能。

焊接顺序对X80钢管道B型套筒熔化极活性气体保护电弧焊接残余应力的影响

基于X80钢大尺寸管道与B型套筒间熔化极活性气体保护电弧焊环焊缝的热源与本构方程,建立焊接接头的有限元模型,模拟了左右两端同时焊接、左右两端交替焊接以及左右两端先后焊接3种焊接顺序下焊接接头的残余应力分布,并通过盲孔法验证模拟结果的准确性,讨论了焊接顺序对焊接残余应力的影响规律。结果表明:焊接接头的最大残余应力均位于外壁面距盖面焊道1.8~3 mm内,不同焊接顺序下管道和套筒左右两端残余应力分布规律相近;左右两端同时焊接顺序下管道和套筒的峰值残余应力最大,均位于外壁起焊点附近;有限元模拟结果与试验结果的相对误差小于9.15%,模拟结果较准确;左右两端先后焊接顺序对最大焊接残余应力的影响程度最小。

西气东输二线工程X80钢管半自动焊工艺研究

以西气东输二线工程用X80钢管为研究对象,通过焊接接头横向拉伸试验,焊缝和热影响区(HAZ)冲击韧性试验,焊缝和HAZ不同焊层显微组织分析,以及焊接接头不同焊层Hv10硬度试验等手段,研究了低氢型焊条根焊和自保护药芯焊丝半自动填充、盖面组合焊接工艺的环焊缝的焊接接头性能。试验结果表明,选择韧脆转变温度较低的自保护药芯焊丝、采用较小的焊接热输入量和多层多道的焊接措施等因素,对于保证X80钢管环焊接头的性能是至关重要的。采用低氢焊条根焊、自保护药芯焊丝半自动焊进行X80钢管焊接时,焊接接头的强度、-10℃低温冲击韧性和硬度等性能良好,该工艺应用于西气东输二线工程的焊接施工是可行的。

D1422mm厚壁X80钢管GMAW-P环焊工艺

分析D1422mm厚壁X80钢管焊接性,对D1422mm厚壁X80钢管进行了GMAW-P自动焊焊接工艺试验,测试环焊接头力学性能,总结焊接工艺控制要点,并利用系列温度夏比冲击试验测定环焊接头的韧脆转变温度点。结果表明,采用GMAW-P自动焊工艺焊接D1422mm厚壁X80钢管可以有效避免X80钢热影响区软化现象,力学性能满足规范要求,GMAW-P自动焊环焊接头韧脆转变温度点低,满足在低温环境下施工及服役的安全性要求。在我国中俄东线管道的建设中,GMAW-P自动焊工艺将是主要的焊接工艺之一。

大口径X80钢管单焊枪自动焊工艺

针对大口径X80钢管,笔者采用了3种不同的单焊枪自动焊工艺,并详细分析了这3种焊接工艺的特点,旨在增进国内同行对大口径X80钢管单焊枪自动焊工艺基本情况的了解,便于管道焊接技术人员进一步优化焊接工艺和选用合适的焊接材料及设备。

西气东输二线管道工程采用X80钢管的方案研究

分析了国内外X80钢管的制造、应用情况。针对西气东输二线管道的具体情况,对几十个工艺方案进行了研究,从建设投资、费用现值、年耗气水平、国内钢板钢管生产供应、施工能力、运输能力等方面进行了方案比较。推荐的管径1219mm、压力12MPa、钢级X80方案比其他方案经济合理,具有世界领先水平。国内钢厂、制管厂经过大量技术攻关,生产出了高质量的产品并实现了国产化,保证了西气东输二线管道工程的建设。

X80钢管自保护药芯焊丝环焊缝成分及组织研究

应用2种不同合金成分的X80钢管匹配同一种自保护药芯焊丝进行半自动焊,通过环缝化学成分原位分析及微观组织分析,研究了钢管环缝合金成分对其组织性能的影响。结果表明:焊接过程中,钢管母材与环缝之间会发生合金元素的相互稀释,对焊缝组织产生一定影响。对于自保护药芯焊丝多层多道焊接,由后续焊道对先焊焊道的再次加热作用而产生的层间热影响区对环缝组织有很大影响,焊缝冲击韧性也会改变。环焊化学成分分析及微观组织对比表明,降低奥氏体相变转变温度对提高环缝冲击韧性有利。

X80钢管环焊缝连续冷却转变曲线研究

针对两种不同合金体系的X80钢管自保护药芯焊丝环焊缝,采用热模拟技术,以不同的冷却速度冷却到室温,获得了两种X80钢管环焊缝的CCT曲线,通过光学显微镜对不同冷速下的微观组织进行了分析,并测试其冲击韧性。结果表明,当冷却速度较小时（t8/5=20～50 s）时,组织以准多边形铁素体和粗大的粒状贝氏体为主,冲击韧性较差;当冷却速度较大时（t8/5=7～15 s）时,组织为粒状贝氏体、贝氏体铁素体和M-A组元,韧性较好;进一步增加冷却速度（t8/5=2～5 s）,出现韧性较差的硬脆型板条马氏体组织。对比两种X80钢管环焊缝的CCT曲线,合金含量较低的X80钢管对环焊缝连续冷却过程中形成韧性较好的组织有益。

大口径X80钢管单焊枪自动焊工艺

针对大口径X80钢管,本文提出了3种不同的单焊枪自动焊工艺,并详细分析了这三种大口径X80钢管单焊枪自动焊工艺的特点,旨在增进国内同行对大口径X80钢管单焊枪自动焊工艺基本情况的了解,便于管道焊接技术人员进一步优化焊接工艺和选用合适的焊接材料及设备。

参数可靠度反分析法在X80钢管道设计中的应用研究

提出了X80钢管道参数设计的可靠度反分析方法,分析了设计变量服从正态分布和非正态分布情况的随机可靠度反问题计算理论。将基于一次二阶矩结构可靠度理论的几何算法引入到可靠度反问题中,通过有限步长λ的选择来加速设计验算点的收敛速度,并采用Matlab软件开发了相应的计算程序。以西气东输二线X80钢输气管道参数设计为例,介绍了可靠度反问题的应用,给出了参数设计的反问题计算结果,并对结果进行分析。算例证明该方法的有效性和适用性,可以解决X80钢管道参数设计的可靠度反分析问题。

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。

X80钢管件焊接接头中Ni含量分析方法研究

基于Ni与丁二酮肟的显色反应，建立了光度法测定X80钢管件焊接接头样品中Ni的分析方法。采用盐酸-硝酸混合酸溶解试样，以酒石酸钠掩蔽铁，在氢氧化钠强碱性介质中，以过硫酸铵为氧化剂，Ni与丁二酮肟生成酒红色络合物进行吸光度测定。当Ni的质量分数为0．11％～2．13％时，吸光度与Ni的质量分数成线性关系。采用不同Ni含量的标钢溶液建立的工作曲线更接近于真实样品，结果表明，该方法准确、简便、成本低，具有一定实用和推广价值。测定了X80钢三通及弯头焊接接头中的Ni含量，结果满意。

层间温度对X80钢管多道环焊接头残余应力的影响

采用热电偶测量了X80钢管多道环焊接头焊接过程中的热循环,焊后采用盲孔法测量了焊接残余应力,建立了残余应力数值分析模型,并通过试验数据进行了校验,分析了层间温度偏离对残余应力的影响。研究结果表明:不同层间温度下,接头焊缝及热影响区拉应力较高,母材拉应力较低,在母材位置呈现拉-压应力转变。层间温度的改变对接头轴向应力的影响不明显,但对周向应力、等效应力的影响较大。当层间温度为248℃时峰值残余应力最低,考虑到经济和时间成本,生产实践中层间温度达到220℃时即可。

X80钢管施工常见焊接缺陷和质量控制措施

以目前正在施工的中卫-贵阳联络线输气管道工程焊接中易产生的各类常见缺陷为例,说明了各类缺陷形成的原因和预防措施,指出了日常外观检验和无损探伤中应注意的几个问题。

基于应变设计的X80钢管环焊技术研究

针对西气东输二线管道工程用基于应变设计的X80大变形钢管现场焊接技术开展研究,通过对X80大变形钢管的母材试验、焊接材料筛选、焊接接头软化和环焊工艺研究,完成了地震断裂带用焊条电弧焊工艺。通过几何补强覆盖法实现了自保护药芯焊丝半自动焊在X80大变形钢管上的应用,提高了地震断裂带的施工效率和施工质量。

西气东输二线西段X80钢管道冬季焊接施工措施

西气东输二线西段工程从2008年11月份至2009年3月份,全线进入冬季施工。通过采取一系列技术、质量、管理措施,EPC项目部按期保质保量完成了冬季施工任务,并取得了优异的成绩。文章结合工程实际,从EPC角度出发,对西气东输二线西段冬季施工中所采取的这些措施进行了总结和阐述。

二次热循环对X80钢管焊缝组织及韧性的影响

采用焊接热模拟技术及力学性能测试等,研究了X80钢管焊缝组织在不同二次峰值温度下的变化规律及冲击韧性。结果表明:对于焊缝粗晶区,当二次热循环峰值温度处于未变粗晶区范围时,其韧性最差;对于焊缝细晶区,在经历两相区二次热循环后冲击韧性变化不大;对于焊缝临界区,由于在晶界形成了大尺寸的M-A链状组织,对韧性不利。对比不同化学成分的焊缝,减少铁素体稳定元素以降低奥氏体相变转变温度对提高环缝冲击韧性有利。

X80钢管防腐环氧粉末涂层技术的研究

重点阐述采用自主合成的Amanda979系列固化剂,优选环氧树脂辅助填料、助剂等材料,制成X80钢管防腐环氧粉末涂料。试验结果表明:X80钢管防腐环氧粉末涂料180～185℃能在2～3min快速固化、具有卓越的附着力、耐高温阴极剥离(经过1.5V/65℃的阴极剥离试验30d,阴极剥离半径为<10mm),符合新的FBE管道防腐涂层(简称HCD-FBE)技术要求。