管道焊接缺陷合于使用评定技术进展

管道焊接缺陷合于使用评定技术进展张彦华李红克(北京航空航天大学)摘要为保证大型结构及长距离油气输送管线的结构完整性, 有关国家先后制定了以“合于使用”为原则的缺陷评定标准, 在管道建设中发挥了巨大作用。重点讨论了 R 6、A P I 579、B S 7910 和 S IN TA P 评定技术的最新发展与相互联系, 为我国管道评定技术研究提供参考。关键词天然气管线评定标准结构完整性0前言急剧增加, 根据我国天然气工业的发展, 以及“西气东输”工程和拟议中跨国天然气管线建设的需 要, 深入了解、研究这些评定技术对制定我国自己 的相应标准将具有极大的参考价值。现代大型金属结构及长距离油、气输送管道由于材料成型、焊接及施工过程中存在外部损伤 和难以探察的焊接微观缺陷, 在一定服役环境和 力学条件下, 这些缺陷就成为裂纹的发源地, 进而 引起结构和管道局部或大范围破坏, 造成巨大财 产和人员损失。为防止此类现象, 早在 1968 年, 国 外 就 提 出 应 制 定 基 于 F F P ( f itness2fo r2p u rpo se F F P ) 的 结 构 缺 陷 接 受 准 则。 英 国 标 准 协 会 于1970 年成立了W E E 37 委员会研究设立新的以 “合于使用”为准则的可接受标准。经过近 10 年努1R6 方法及其发展R 6 评定方法, 即“含缺陷结构完整性评定标准”, 是英国中央电力局 (C E GB ) 于 1976 年基于 结构塑性失稳载荷和线弹性断裂力学开发的静态韧性脆性断裂评定方法。 自 1976 年问世以来,R 6 已经过了 4 次修订1 。该技术使用缺陷评定图 (F a ilu re A ssessm en t D iag ram 简称 FA D ) 曲线, 根 据已知材料、载荷数据的不同, 共有三种评定选 择, 当仅知道材料屈服应力时, 可以采用选择 1; 选择 2 评定则需要材料的应力- 应变关系曲线; 选择 3 相对复杂, 要有材料性能、裂纹尺寸等详细 数据, 但可大大降低评定结果的保守性。评定图纵 轴和横轴分别代表断裂驱动力与断裂韧性的比率 以及施加载荷与塑性失稳载荷的比率, 分别为: K r = K K m a t , L r = P P L ( y ) , 式中 K 为与载荷 P 对应的应力强度因子, P L 为流变应力等于屈服应 力时裂纹体的刚- 塑性极限载荷, K m a t 为断裂韧 性, K r 和 L r 取决于施加载荷、材料性能、裂纹尺 寸和形状。在断裂评定图中, 失效评定曲线由函数 f 定 义。 最简单的选择 1 曲线方程为:f 1 (L r ) = (1- 0. 14L r 2 ) 力后,1980 年发布了 PD 64931980 结构完整性评定标准。同期, 其他国家和许多机构也进行了大量的缺陷评定研究, 如英国中央电力局 (C E GB ) , 在 1976 年开发了 R 6 评定方法。 之后, 这些标准 先 后 进 行 了 多 次 修 订、增 补, 如 PD 64931991,B S79101999, R 61986, R 61999 等。 “合于使用”( 或 f itness2fo r2serv ice F F S、或工程临界分析 E ng ineer ing C r it ica l A na ly sis ECA ) 评 定技术以断裂力学、材料力学、弹塑性力学及可靠性系统工程为基础, 承认结构存在偏差和缺陷的 可能性, 但在考虑经济性的基础上, 科学分析已存缺陷对结构完整性的影响, 保证结构不发生任何 已知机制的失效, 因而被广泛应用于工程结构质量评估中。目前, 根据“合于使用”原则建立的评定 方法很多, 得到工程很好验证并普遍采用的主要有 R 6、A P I 579、B S 7910、以 及 最 新 的 S IN TA P等。 随着我国经济的发展, 对石油、天然气的需求0. 3+ 0. 7 exp (- 0. 65L r 6 ) (1)12焊管2003 年 3 月 ) ,而塑性失稳点 L r 则选用 2B 水平 (见图 3)。事实上, B S 7910 对断裂的评定与 R 6 方法更加接近。通过 1999 年和 2000年初期的应用, 并考虑了用户的反馈意见后, B S7910 在 2000 年对存在的几个印刷和技术矛盾做f (L r ) =1 时, 对 遵 从 幂 定 律 的 塑 性 材 料:(L r = 1)L r (N - 1) (2N ) , N为应变强化指数 (N 1 对应于由弹性计算 得到的二次应力导致 J 的增加量, V 1. 0 时可以通过如下的估计9得到:r (L r = 1) = K r (L r = 1) = 1+ E L u +Y212 (1+ E L u - 0. 5Y )()10u 1000 ) ,是 u 1) =5rK r (L r 1) = K r (L r = 1)L (N - 1) (2N )()11r式中 N = 0. 3 (1- Y u ) , 为估计的下限应变强化指数。对连续屈服材料, 断裂评定曲线与 PD 6493- 1991 水平 3 相似。B S 7910 包 含 有 21 个 附 录, 其 中 一 部 分 以 R 6 方法为蓝本。 在附录中, 一部分与断裂评定相 关, 如裂纹再表征规则、裂前泄漏分析程序、保守 因子计算建议和混合加载模型, 其余的则提供了 关于参考应力及应力强度因子的计算, 包含: 焊趾 裂纹三维有限元解法、焊材及母材不匹配以及焊 接接头不同部位断裂韧性测试指导。 关于普通接 头构型中残余应力的分布则与 S IN TA P 的相同。6789结论5作者李红克, 男, 1974 年出生, 北京航空航天大学 2000 级博士生。主要从事天然气管道延性 断裂裂纹扩展模拟和止裂控制研究。通讯地址: 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 37 号 北 京 航 空 航 天 大 学702 教研室 邮编: 100083 电话: 010282317753综上所述, 几种对结构缺陷的评定技术都是以断裂力学为基础, 它们之间既有差异, 更有共通 之处。 对已经存在的缺陷, 根据缺陷的几何尺寸、 位置以及负载条件等因素, 利用这些标准就可以 判断裂纹的起始与否, 从而决定结构部件是否需 要修补、更换。同时, 对于复杂裂纹和载荷状态, 它 们也可以提供比较满意的判断依据。但是, 这些标(办)E 2m a il: hongk elee 163. com(收稿日期: 2003210215) (修改日期: 2003211222)焊管第 26 卷第 2 期2003 年 3 月61ABSTRACTSW ELD ED P IPE AND TUBEV o l. 26 N o.Som e Que st ion s in“Techn ica l Con d it ion s”D ra f ted Proce ss of Stee l & Stee l P ipe s A pp l ied in P ipe l in e of“Ga s Tran s- m itt in g From W e st to Ea st”an d“Techn ica l Con d it ion s”Re-v iew in gW ang M aotang ,W ang L i et a l (1)A bstra c t: T h e p ip e line of“Ga s T ran sm it t ing f rom W e st toE a st ”is th e f ir st na tu ra l ga s p ip e line in C h ina w ith th ela rge st p ip e d iam e te r, th e h igh e st t ran sm it t ing p re ssu re, th e longe st d istance s, th e m o st advanced stee l g rade and th e m o st com p lica ted a rea s, a lso is th e g rea t p ro ject ove r th e w o r ld, so it s safe ty is ve ry im po r tan t. T h is a r t icle m a in ly in t roduce th e tech n ica l cond it ion s d raf ted ba sis of stee l &stee l p ip e s app lied in“Ga s T ran sm it t ing f rom W e st to E a st”p ip e line, tech n ica l requ irem en t s fo r stee l and stee l p ip e s and conf irm ing p r incip le s fo r tech n ica l cond it ion s. In th e execu2t ion p e r iod s of one yea r fo rm“T ech n ica l Cond it ion ”p ub22 M a r.2003A bstra c t: Zhongyuan O ilf ie ld is a ve ry com p lica ted fau lt -b lock o ilf ie ld, it s h igh sa lin it ie s unde rg round w a te r and ge rm s con ta in ing h igh ly re su lt ca sing co r ro sion se r iou sly and h ave tak en good u se to app lied w a te r in 1995. B u t a2 long w ith ge rm s adop t th e env ironm en t, p roducingt rem endou s. B y u sing SRB m on ito r ing, w e ana lyze th em a in rea son of ca sing co r ro sion is h igh ge rm s con ta in ing.T h e m ea su re h a s p roven to be effect ive and re su lted in th e adm in ist ra t ion p roduct ion by in ject ion w a te r ch anged.Key words: com p lica ted fau lt - b lock o ilf ie ld in ject ionca sing co r ro sion fa ilu re ana ly sisProper t ie s Re sea rch of Ho t- Ro l led Stee l Str ip of Stee lGra de J55 A pp l ied in o il W e lded Ca s in gH an Y eq i (19)A bstra c t: A cco rd ing to th e p roduct ion exp e r ience, re2 sea rch ed th e requ irem en t s of m ech an ica l p rop e r t ie s and ch em ica l ana ly sis fo r ho t - ro lled st r ip app lied in o il ca sing p roduct ion, th e conclu sion is reach ed th a t th e p recond it ion to p roduce h igh qua lity o il ca sing is th e ho t - ro lled st r ip w ith rea sonab le e lem en t s m a tch , good m icro- st ructu re, fa2 vo rab le m ech an ica l p rop e r t ie s and accu ra te d im en sion con2t ro l. J 55 is a k ind of low ca rbon m icro - a lloy com b inedw ith e lem en t s such a s M n , N b, V , T i, w ho se fe r r ite w ith f ine g ra in is go t ten th rough th e effect of th e g ra in s f in ing and sep a ra t ion agg rand izem en t in th e ro lled - con t ro l and coo ling- con t ro l p roce ss add ing m icro - a lloy e lem en t s such a s N b, V , T i, and low ca rbon , low su lfu r, h igh p u re stee l sm e lt tech no logy app lied. T h is w ay p rov ide s th e good su r2 round ing s fo r o il w e lded ca sing p roduct ion.lish ed, th e info rm a t ion of p u rch a sing and p ip e -rev iew ed, som e que st ion ex isted is summ a r ized.m ak ing isIt w ill p layth e d irect ion ro le s in th e qua lity of stee l and stee l p ip e s ap 2p lied in“Ga s T ran sm it t ing f rom W e st to E a st”p ro ject.Key words: “Ga s T ran sm it t ing f rom W e st to E a st ”p ip e line tech n ica l cond it ion d raf t rev iew Fa t igue Cra ck Growth an d L if e E st im a t ion of a Crude O il P ipe l in eS h i Y aow u , S h i X uan et a l (7)A bstra c t: F a t igue crack g row th ra te h a s been m ea su red fo r th e A P I 5L X 52 stee l and it s w e lded jo in t s u sing C T sp eci2 m en s. B a sed on th e op e ra t iona l p re ssu re f luctua t ion sp ec2 t rum acqu ired a t p um p sta t ion d isch a rge s, se rv ice life of th ep ip e line is e st im a ted. It is ind ica ted th a t op e ra t iona l p re s2 su re sp ect rum and defect s of p ip e line h a s im po r tan t inf lu2 ence on th e life t im e of crude o il p ip e line. In o rde r to ex tend th e life t im e, w e m u st decrea se th e p re ssu re f luctua t ion of th e p ip e line, e lim ina te defect s of w e ld s, and enh ance non-de st ruct ive te st ing.Key words: J 55 stee lw e lded o il ca sing ho t- ro lled stee lst r ip m ech an ica l p rop e r t ie s ch em ica l ana ly2sis w e ld ab ilityM ovem en t Ana ly s is an d Con tro l sy stem of Ca rr ia ge P la teFul l- D ig ita l F lu id D r ive F ly in g Im pa c t M a ch in eZ hang Y uhua, C ha i X iaoy an et a l (23)A bstra c t: C a r r iage p la te fu ll- d ig ita l f lu id f ly ing d r ive im 2 p act m ach ine is a new k ind of f ly im p act m ach ine. It s con2 t ro l sy stem is p a r t icu la r ly in t roduced and th e m ovem en t oft rave ling p a r t s is ana lyzed th rough m ovem en t cu rve.Key words: f ly ing im p act m ach ine con t ro l sy stem m ove2m en t ana ly sis com p en sa ted va lueD iam e ter - En la rg in g M a ch in e A pp l ica t ion of L on g itud i-na l Subm erged A rc W e lded P ipeL iu S h iz e, X ie S h iq iang (26)A bstra c t: T h e funct ion of L SAW p ip e d iam e te r- en la rg ing m ach ine is b r ief ly sta ted and th e w o rk p r incip le of th e liq2 u id - d r ive d iam e te r - en la rg ing m ach ine and m ech an ica l d iam e te r en la rg ing m ach ine is in t roduced. V iew ed th e ir re2 sp ect app lica t ion re su lt s in p roduct ion exp e r ience s of tw o L SAW p ip e p roduct ion line s in B SG, sho r tage and advan2 tage of tho se tw o typ e of d iam e te r en la rg ing m ach ine a re ana lyzed and summ a r ized.Key words: L ong itud ina l Subm e rged A rc W e lded P ip eKey words: P ip e line load ing sp ect rumlife e st im a t ionfa t igue crackThe D eve lopm en t of F itn e ss f or Serv ice A sse ssm en t Stan -da rds f or P ipe l in e we ld in g D ef ec tsZ hang Y anhua, L i H ong ke (11)A bstra c t: It s a focu s of th e w o r ld to a sse ss th e st ructu rein teg r ity of la rge m e ta l st ructu re s and long d istance o il and na tu ra l ga s p ip e line s. M any f law a sse ssm en t standa rd s ba sed on F itne ss- fo r - P u rpo se p rocedu re h ave been de2 ve lop ed. H e re w e d iscu ssed th e new ly deve lopm en t and re2 la t ion s of seve ra l f law a sse ssm en t m e thod s such a s R 6, A P I579, B S 7910 and S IN TA P standa rd s. So it w ill be h e lp fu l to ou r study of p ip e line a sse ssm en t.Key words: na tu ra l ga s p ip e line s a sse ssm en t standa rd s st ructu re in teg r ityFa ilure Ana ly s is of Ca s in g Corro s ion in In jec ted O ilf ie ldEn v ironm en tZ hao F eng luo, Y ang H u i et a l (16)