钢质管道死口连头不锈钢堆焊结构的力学性能分析 - 图文

钢质管道死口连头不锈钢堆焊结构的力学性能分析

沈柏佳 中天合创能源有限公司（内蒙古鄂尔多斯 0477）

摘要：本文针对耐蚀合金堆焊技术应用于长输管道死口补口盲区的可靠性进行了实验分析，通过对堆焊层的渗透检测、对堆焊结构的拉伸、弯曲试验以及对拉伸断口电镜扫描分析，得出不锈钢堆焊技术可以应用于钢质管道“死口连头”结论。 关键词：中天合创、长输管道堆焊死口连头。

The mechanical property analysis of stainless steel surfacing structure for steel pipe fixed joint connection

Bojia shen, Zhongtianhechuang Energy Company Limited (Erduosi ,Inner Momgolia,0477)

Abstract：This article in view of the corrosion resistant alloy surfacing repairing technology in the application of long-distance pipeline, analyzes the factors influence on mechanical properties of steel surfacing layer, through to the surfacing structure of the tensile, bending and tensile fracture surface scanning electron microscopy, the stainless steel surfacing is obtained can be used in the steel pipeline \

Keywords：Zhongtianhechuang、long-distance pipeline surfacing fixed joint connection.

引言

中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目厂外输水系统工程，由华东管道设计研究院设计，管道线路全长 207.7km，同沟双线铺设，管径为φ914mm和φ813mm，材质为 L450M。全线采用一泵到底，常温密闭工艺输送净化后的黄河水。工程设计采用加强级无溶剂环氧涂覆管道内壁防腐，采用ER309L不锈钢焊材堆焊工艺解决“死口连头”内补口问题。

由于钢管管端内壁堆焊补口属于新技术，在国内长输管道中首次应用，所以，必须对堆焊结构的力学性能进行评定分析，以验证“死口连头”堆焊内补口方案的可靠性。

1、 试验分析方案

1.1 制作用于渗透、拉伸、弯曲试验的堆焊试件。

［2］

1.2 对堆焊层进行渗透检测，检验堆焊层的全覆盖性能。

［3］

1.3 对试件进行拉伸、弯曲实验。

1.4 利用JSM-6380LA扫描电镜对堆焊结构拉伸式样的拉伸断口进行扫描电镜分析。 1.5 对钢质管道焊口堆焊结构进行性能评价。

［1］

2、实验分析过程

2.1试件制作

（1）选用L450MΦ168*13mm钢管制备堆焊试件；

（2）选用Φ1.2mmER309L焊丝TIG自动堆焊，试件尺寸如（图1）所示，实物见图2。

图1 堆焊试件尺寸、位置

1

图2 堆焊试件实物

2.2渗透检测

按照NB/T47013.5-2015《承压设备无损检测第5部分：渗透检测》的规定对堆焊层进行渗透检测，要求无裂纹、夹渣、气孔等缺陷。实物见图2，检测结果见表1。

表1 L450M堆焊ER309LPT检测结果 堆焊层 ER309L 试件编号 DHHPA 检测剂 DPT-5 评定结果 Ⅰ 缺陷性质 未发现 小结：渗透检测结果表明：TIG堆焊层全覆盖性能优秀，无裂纹、气孔和夹渣缺陷，不锈钢堆焊结构可以满足管道死口焊口内防腐的要求。 2.3拉伸实验

（1） 制取拉伸实验试件，尺寸如（图3）所示。

图3 L450M+ER309L堆焊结构拉伸试件尺寸

（2）按照SY/T0452-2012《石油天然气金属管道焊接工艺评定》规定进行拉伸实验。实物见图4，实验结果见表2。

图4 L450M+ER309L堆焊结构拉伸试件 表2 L450M+ER309L堆焊结构拉伸实验结果 实验标准 SY/T0452-2012 检测日期 2015.8.19 拉 伸 实 验 实验报告编号：2015071501 式样编号 式样宽度（mm） 式样厚度（mm） 横截面积（mm） 2

2屈服强度/MPa 抗拉强度（MPa） 断裂部位和特征 01 02 20.08 19.86 14.02 14.44 281.52 286.77 456 471 545 555 B.M. B.M.

（3）小结：拉伸实验结果表明：L450M+ER309L堆焊结构断裂部位均不在堆焊部位，证明：堆焊过程没有使L450M钢管的力学性能降低，堆焊部位的力学性能超过L450M钢管母材，可以应用于管道死口连头中。 2.4拉伸断口电镜扫描分析

（1）L450M钢管堆焊ER309L试件拉伸试验后，利用JSM-6380LA扫描电镜对堆焊拉伸试样的拉伸断口进行扫描电镜分析见图5。

图5-1 拉伸断口宏观形貌 图5-2 拉伸端口放大200倍组织形貌

图5-3 拉伸断口放大到1000倍组织形貌

图5 L450M+ER309L堆焊结构拉伸断口形貌

（2）通过观察断口宏观形貌见图5-1，上方为母材，下方为堆焊层，拉伸断裂的母材是韧性断裂特征，宏观形貌呈现纤维状，观察断口的微观组织从图5-2、图5-3可以看出：微观形态呈现蜂窝状，断裂面有细小的窝坑组成，这种韧窝是由于载荷的不断升高而形成的，材料内部的析出物、夹杂物、亚晶界、晶界或者在塑性形变不连的部位产生位错堆积，产生应力集中，微孔形核就会在局部塑性变形区出现。同时随着应变的增加，微孔也在长大、聚集，直到相互连接成为断裂，形成一些形状深浅或大小不同的韧窝，这是塑性变形起主要作用的延性断裂。

（3）小结：L450M+ER309L堆焊结构具有较好的韧性，可以应用。 2.5弯曲实验

（1） 制取弯曲实验试件，尺寸如（图6）所示。

3

图6 L450M+ER309L堆焊结构弯曲试件尺寸

（2）按照SY/T0452-2012《石油天然气金属管道焊接工艺评定》规定进行拉伸实验。实物见图7，实验结果见表3。

图7 L450M+ER309L堆焊结构弯曲试件 表3 L450M+ER309L堆焊结构弯曲实验结果

实验标准 SY/T0452-2012 检测日期 2015.8.19 拉 伸 实 验 实验报告编号：2015071501 式样编号 01 02 03 04 式样类型 侧弯 侧弯 侧弯 侧弯 式样规格（mm） 10×14×200 10×14×200 10×14×200 10×14×200 弯心直径（mm） 40 40 40 40 弯曲角度（°） 180 180 180 180 实验结果 无缺陷 无缺陷 无缺陷 无缺陷

（3）小结：弯曲实验结果表明：L450M+ER309L堆焊结构弯曲实验无缺陷，可以应用。

3、结论

L450M钢管+ER309L堆焊后，堆焊层渗透检侧结果没有出现裂纹、夹渣和气孔等缺陷，在弯曲实验时没有出现裂纹缺陷，可以满足管道焊口内防腐要求；堆焊结构在屈服强度、抗拉强度和延伸率方面都有所提高，而且拉伸断口为韧状窝型断口，说明材料有良好的韧性；堆焊后的管件有良好的延展性，堆焊工艺合理，管道焊接工艺合理，可以满足长输管道“死口连头”焊口力学性能要求。

通过耐蚀合金堆焊解决管道“死口连头”焊口内防腐补口问题，给保证长输管道内防腐层的连续提供了一个新选择。

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参考文献

［1］中华人民共和国能源局：NB/T47014-2011承压焊接工艺评定 [S]．

［2］中华人民共和国能源局：NB/T47013.5-2015承压设备无损检测第5部分：渗透检测 [S]． ［3］中华人民共和国能源局：SY/T0452-2012石油天然气金属管道焊接工艺评定 [S]．

作者简介

沈柏佳（19821-08），男，安徽安庆人，本科，中天合创能源有限公司，项目经理，工程师，主要从事管道输送方面的研究。

详细地址：内蒙古自治区，鄂尔多斯市，东胜区，鄂托克西街，迎宾路南，中天合创能源有限责任公司。 邮编：017000 手机：15344030036

E-mai：shenaaron@126.com。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xbmw.html