2012年容器检验师-顾福明--压力管道检验师培训课件.ppt

压力管道焊接，上海市特种设备监督检验技术研究所顾复明教授高级工程师，国家高级安全鉴定人，美国焊接学会焊接检查员，国际焊接工程师电话：13522468Email :Gu顾复明1000 ，1。国内外压力管道的发展历程2。压力管道的钢管制造。压力管道的焊接施工。焊接应力和变形5。焊接工艺评定6。焊接质量控制。管道在线焊接与修复。与公路、水路、铁路和航空运输相比，管道运输成本最低。系统化和网络化的人类离不开人体内的管道、血管、生命和交流。1.国内外压力管道的发展历程。1.1。国外压力管道的发展历史。1.2。中国早期的石油管道和天然气管道。1.3。在中国已经建成和将要建成的管道项目。1.1。国外压力管道的发展历史。1865年，第一条输油管道在美国宾夕法尼亚州建成，直径50毫米，总长9公里。它是由螺纹铸铁管制成的。1874年，国家建立了另一条直径100毫米、长度96公里的管道，开始与铁路竞争。第一次世界大战前，机械接头也被焊接取代。第二次世界大战期间，美国政府出资建立了一条直径630毫米、2240公里的输油管道。全长1276.8公里、管径1220毫米的跨阿拉斯加原油管道于1977年在美国建成并投入使用，是世界上第一条进入北极地区的原油管道，其中615公里为架空管道。1964年，前苏联建造了第一条“友谊”输油管道。首次使用直径1020毫米的钢管，总长5500公里。1977年，第二条“友谊”输油管道建成，全长4412公里，管道直径1220毫米。1983年，乌兰戈瓦-泊马雷-乌兰戈罗德干线投入运行。这条管道是第一条将苏联天然气输送到西欧的管道。管道长4450公里，直径1420毫米，工作压力7.5兆帕。穿越水域、河流、森林和冻土地区，其施工难度、管径、里程、泵站数量和运输能力均位居世界前列。这条管道充分显示了前苏联在管道设计和建设方面的实力。西伯利亚和北极的管道铺设得益于闪光对焊技术的应用。沙特阿拉伯的东西原油管道于1983年投入使用，引起了所有国家的关注。该管道自东向西穿越沙特阿拉伯中部，全长1202公里，管径1220毫米，穿越广阔的沙漠地区。随着英国北海油田的开发，一些海上原油管道已经建成，总长度超过4000公里，铺设在海底100多米深。这些管道的成功建设表明，这些管道已经能够穿越极其复杂的地质、地理和气候区域。1.2中国早期的输油管道，中国第一条长输管道是1957年的克拉玛依至独山子输油管道，直径150毫米，长147公里。1965年，胜利油田开始建设从东营到新店炼油厂的输油管道，直径426毫米，总长约80公里，这是我国第一条在盐碱地上建设的原油管道。1970年8月3日，国家批准建设东北著名的“83管道工程”，全长593公里，管径720毫米。解放后铺设的第一条输气管道是1958年建成的四川省永川黄瓜山气田至永川化工厂的原料气管道，全长20公里，管径159毫米。随着四川天然气工业的迅速发展， 从1963年到1984年，先后建设了3525公里的干气输送管道和支线，可连接54个气田，负责向四川、云南和贵州省13个地区的600多个用户供气。 20世纪70年代以后，随着油田天然气的开发，大庆、辽河、华北、胜利、大港、中原等油田相继建成了一批向城市供气的长输管道。中国早期的天然气管道西气东输工程，全长近3900公里。森宁兰输气管道工程，950公里长陕京输气工程为双线工程，全长近900公里，总长度超过1000公里。1.3近年来我国已建成和即将建成的输气管道和2条压力管道均采用钢管制造。2.1钢的机械性能2.2管线钢的发展历史2.3按组织分类管线钢2.4相关标准中钢号的含义2.5管道工业的发展方向2.6焊管的生产2.7西气东输工程用钢管的情况2.8压力管道用其他钢管2.1钢的机械性能，钢在一定温度条件和外力下抗变形和断裂的能力，称为机械性能。常规机械性能，如强度、塑性、硬度和韧性等。高温性能，如抗蠕变性、持久强度、瞬时强度和热疲劳。低温性能，如低温冲击韧性、韧脆转变温度等。常规力学性能指标，屈服强度：sN/mm2或KN/mm2抗拉强度：bN/mm2或KN/mm2伸长率：5或10%断面收缩率：%硬度：HBHRHVHL冲击韧性：akJ，2.2管线钢的发展历史，c、Mn、si型普通碳钢早期管线钢一直采用c、Mn、Si型普通碳钢，侧重于冶金性能，对化学成分没有严格的规定，钢的屈服强度一般为295-360 MPa。自20世纪60年代以来，随着油气管道输送压力和管径的增加，采用了低合金高强度钢(HSLA)。HSLA主要以热轧和正常状态供应。这种钢的化学成分：碳0.2%，合金元素 3 5%。随着管线钢API5LX56、X60和X65微合金钢控轧的进一步发展，到20世纪60年代末和70年代初，美国石油组织提出了API5LX和API5LS标准的三种钢，即微合金钢控轧X56、X60和X65，屈服强度提高到392 457 MPa。这种钢突破了传统的钢的概念，碳含量为0.1-0.14%，钢中加入了小于或等于0.2%的铌、钒、钛等合金元素，通过控制轧制工艺，钢的力学性能显著提高。在1973年和1985年，美国石油学会标准相继增加了X70(屈服强度482兆帕)和X80钢，然后开发了X100管线钢。碳含量降至0.01-0.04%，碳当量降至0.35以下，屈服强度达到551.2-689兆帕。现代多元微合金化控轧控冷钢真正出现。2.3管线钢按结构分类。铁素体-珠光体钢：基本成分是碳-锰。采用热轧正火生产工艺。少珠光体钢：基本成分为锰铌、锰钒、锰铌钒等。对于微合金化控制轧制，铌和钒第二相的晶粒细化和沉淀强化可以获得更好的强韧化协调性。针状铁素体钢：典型成分为碳锰铌钼。通过微合金化和控制轧制，综合利用微合金元素的晶粒细化、析出相和位错亚结构的强化作用，提高屈服强度和冲击韧性。超低碳贝氏体钢：典型成分是锰-铌-钼-硼-钛。在保证优良的低温韧性和可焊性的前提下，通过适当增加合金元素含量，进一步控制轧制和控制冷却工艺，屈服强度(700-800兆帕)明显提高。X80钢，具有代表性的钢种。低碳索氏体钢是未来管线钢的发展方向，具有较高的强度和韧性。低碳索氏体是通过调质热处理工艺形成的，满足厚壁、高强度和足够韧性的综合要求。2.4 API5L标准中钢号的含义，API5L重力标准APISpec5L 管线管规范 X70:强度等级为70，000磅/平方英寸的钢号的含义，A、B、X、GB9711.2标准，石油和天然气工业钢管交货技术条件第2部分：同等采用B级钢管GB9711和ISO3183。L485:屈服强度等级为485兆帕。L360NB、A:符合API5L(1)中规定的基本质量要求。B:不同于基本质量要求或除基本质量要求之外的其他要求也就是说，最终的变形是在一定的温度范围内完成的，因此该材料具有某些特性，这些特性不能仅通过热处理来实现或重复。如果随后将其加热到580以上，强度值将会降低。Q:的交货状态是淬火和回火。也就是说，首先奥氏体化，然后冷却以获得马氏体或贝氏体，然后加热一次或多次，保温，并以适当的速度冷却以获得特定的性能。钢级对照表第2.5部分管道工业发展方向，GB9711和API5L(1)，在一定条件下增加输送压力。扩大管道直径可以增加经济效益。在保证焊接性和冲击韧性的前提下，管材的强度有了很大的提高。长距离-主要动脉。目前，国外建造的一些大口径管道大多采用高强度钢，如阿拉斯加油气管道，北海油田的石油管道均采用X65级钢。X70级钢用于前苏联和加拿大的天然气管道。管线钢在中国的应用和起步相对较晚。Q235和16Mn钢已用于过去铺设的大多数油气管道。“六五”期间，中国开始按照美国石油学会标准开发X60和X65管线钢，并成功地与进口钢管一起用于管道铺设。20世纪90年代初，宝钢和WISCO先后开发出高强度、高韧性X70管线钢，并成功应用于西气东输和陕京二线工程。国外已经有X80钢试验段。目前，应用的最高强度等级是X120，在加拿大北部有一个2公里的试验路段。2.6焊管生产，a .螺旋埋弧焊(ssaw) b .垂直埋弧焊(lsaw) c .高频垂直电阻焊(erw) d .垂直双面埋弧焊管(UOE)，焊管生产工艺，西气东输工程用2.7钢管，西气东输工程用X70级管线钢管，规格为1016mm 14.6 26.2mm。除铌、钒、钛外，X70管线钢还含有少量的镍、钛、西气东输X70管线钢的化学成分、西气东输X70管线钢的力学性能、2.8其它钢、碳钢和低合金钢：20#、16Mn、15MnNbR、A105、Gr.B调质钢：WHPY70、WHPY65、WHPY60、A694F65热强度钢：16MnR、12CrMo、P355NH、P460NH低温钢：16MnD、16 MnD不稳定的固定条件；所有职位的工作条件；焊接技术的多样化和适应性。中国的钢质管道环缝焊接技术经历了几次重大变革：70年代，采用传统焊接方法，采用低氢型手工电弧焊仰焊技术。八十年代，手工电弧焊下向焊技术得到推广，即纤维素焊条和低氢焊条下向焊。20世纪90年代，采用了自保护药芯焊丝半自动焊接技术。全位置机械化焊接技术将在今天全面推广。压力管道焊接施工的发展，SMAW仰焊(手工焊)、SMAW下向焊(手工焊)、自保护药芯焊丝电弧焊下向焊(半自动焊)、GMAW下向焊(半自动焊、机械化焊)自动焊，3.2主要焊接技术和所用焊接材料，这种焊接方法是我国70年代以前管道焊接施工中使用的传统方法(即低氢型焊条仰焊技术)。目前，这种焊接方法主要用于补焊、接头焊、站焊以及特殊截面和特殊焊缝的焊接。本次焊接工艺使用的焊接材料主要是国产低氢焊条，如E5015、E5016等。自上而下焊接和自下而上焊接是20世纪80年代从美国和欧洲引进的焊接技术。他们是如洛阳725、四川大西洋等产品。然而，低氢向下焊带基本上是空白的。E6010纤维素电极具有较大的吹弧力和良好的操作性能。特别适用于单面焊和双面成形的根部焊接。它是目前管道焊接施工中主要的根部焊接方法。低氢型焊条向下填充堆焊技术操作灵活，适应性好。但是，对于大直径厚壁钢管，劳动强度大，焊接效率低，对焊工的操作水平要求高。目前，它仅用于局部接头焊接和补焊。向下焊接，1。在区域性长输管道建设项目和一些水网区域，以及由于环境限制自动或半自动焊机和设备难以进入的区域，所有纤维素焊条的向下焊接均采用这种方法。同时，该方法对焊机有一些要求：具有陡降特性；当外部阻力推力作用时，其值应足够大；静态特性曲线的拐点应适当提高。2。混合向下焊接技术该技术是指长距离管道的现场组装焊接，采用纤维素焊条根部焊和热焊，填充和盖焊采用低氢型焊条向下焊接技术。该方法主要用于钢管等级较高的管道，如我国新建的陕京输气管道。由于长输管道沿线环境条件恶劣，要求焊接接头具有良好的低温冲击韧性。普通的纤维素焊条焊接工艺难以满足高质量要求，而低氢焊条具有比纤维素焊条更好的抗冷裂性和冲击韧性。因此，为了保证根部焊接质量，降低焊接难度，保证焊接接头的力学性能，在尽可能提高效率的同时，应选择混合向下焊接工艺。3.复合下向焊工艺复合下向焊是指根部焊道和热焊道的下向焊工艺，以及填充面和覆盖面的上向焊工艺。主要用于焊接壁厚较大的管道以及穿越和连接头的焊缝。向下焊接的特点，(1)焊接生产率向下焊接焊条直径大，焊接电流比以前焊接大1/3 2/3，焊接速度比以前焊接大2 3倍，焊缝能量比以前焊接低，而焊缝宽度和残余高度比以前焊接小，因此，焊接生产率提高了30% 50%。(2)向下焊缝的残余高度小于向上焊缝，焊趾处母材与焊缝的过渡半径大于向上焊缝，因此应力集中小于向上焊缝。(3)焊接缺陷由于下焊道层的厚度比上焊道层薄，下焊道产生的缺陷较少，一般不容易产生较大的焊接缺陷。same的应用特点是灵活、简单、适应性强，同时，由于焊条工艺性能的不断提高，其沉积效率和力学性能仍能满足当今管道建设的需要。SMAW包括纤维素和低氢电极的应用。向下焊和向上焊的有机结合以及纤维素焊条良好的根部焊接适应性，在许多场合下是其他焊接方法无法替代的。自保护药芯焊丝半自