在用工业管道未焊透评定和应用.doc

在用工业管道未焊透缺陷评定及应用 前言 未焊透减少了对接接头的有效截面积，使接头强度下降。未焊透还会引起应力集中，可能成为裂纹源，严重降低对接接头的疲劳强度，是造成对接接头破坏的重要原因。压力管道未焊透缺陷常与焊缝平行，沿管道周向分布，通常为根部未焊透。严重的根部未焊透是焊接金属没有进入母材根部而形成的沟槽，轴向宽度为坡口直边段的对口宽度，一般为2~3mm，在射线底片上的影像呈2~3mm的规则粗实线，端部不尖锐。具体特征见图1 图1 未焊透形成部位及影像特点 国内外对压力管道未焊透缺陷进行过很多研究，形成了大量的研究成果，评定方法也各有特点，但有部分成果运用过程较复杂，以下就两种简单有效的方法进行实例说明。 管道未焊透缺陷安全等级评定实例 对某公司在用工业管道进行X射线检测发现，所抽查对接接头全部存在未焊透现象。该条管道于2007年11月开始使用，管道外径为273mm，设计壁厚为7.0mm，材质为304不锈钢，设计压力为4.0MPa，管道级别划分为GC2。未焊透部位为直管段对接接头，长度最大为整圈焊缝，利用1#一般对比试块对未焊透深度进行测定，发现未焊透缺陷深度最大为1.2mm。 利用《在用工业管道定期检验规程（试行）》对管道评级 依据《在用工业管道定期检验规程（试行）》对管道安全等级进行评级。304不锈钢相当于必威体育精装版国家标准中的0Cr18Ni9，属于奥氏体不锈钢，故所检管道未焊透缺陷应按局部减薄定级。《在用工业管道定期检验规程（试行）》对GC2和GC3管道所允许的局部减薄深度最大值规定见表2。 表　GC2或GC3管道所允许的局部减薄深度的最大值(mm)P＜0.3PL0 0.3PL0＜P≤0.5PL0 2级 3级 2级 3级 B/(πD)0.25 0.33t－C 0.40t－C 0.2t－C 0.25t－C 0.2B/(πD)≤0.75 0.25t－C 0.t－C 0.5t－C 0.2t－C 0.75B/(πD)≤1.00 0.20t－C 0.25t－C 注：D为缺陷附近管道外径实测最大值，mm；　　　　 t为缺陷附近壁厚的实测最小值减去至下一检验周期的腐蚀量的2倍，mm；　　　　 B为缺陷环向长度实测最大值，mm；　　　　 P为管道最大工作压力MPa；　　　　 PL0管道极限内压，PL0=，MPa； 　　　　为管道材料的屈服强度MPa；　　　　C为至下一检验周期局部减薄深度扩展量的估计值，mm。PL0=10.50MPa，0.3 PL0=3.15MPa；管道最大工作压力P为2.0MPa；P＜0.3 PL0；估计未焊透不扩展，C=0。0.20t－C0.25t－C。未焊透缺陷宽度为1.2mm，故A取0.6mm，计算得a=0.0146；相对环向长度b=0.981；相对深度c=C/T，C取1.2mm，T取6.216mm，计算得c=0.1931 材料性能数据的确定 在评定工况下材料的屈服强度Rel为205MPa。非焊缝区材料的流动应力σ＇等于Rel，焊缝区材料的流动应力σ＇等于焊接接头φ与σ的乘积。 免于评定的判别 如果未焊透缺陷能同时满足下列条件，则该未焊透缺陷可免于评定：⑴管道结构符合设计制造要求；⑵Pmax/PLO≤0.3；⑶局部减薄或未焊透相对深度c0不超过表3规定的容限值，所检管道未焊透缺陷满足免于评定的前两个条件，但c0=[C+（T0－T）]/T=[1.2+（7－6.216）]/7=0.283＞0.25，故不满足条件⑶，应对该缺陷进行安全评定。 表3 压力管道未焊透缺陷容限值 缺陷的相对环向长度b b≤0.25 0.25＜b)≤0.50 0.50＜b≤0.75 0.75＜B/(πD)≤1.00 允许的最大缺陷相对深度c0 0.45 0.40 0.35 0.25 含缺陷管道在纯内压和纯弯矩下的塑性极限载荷的确定 含缺陷管道在纯内压下的塑性极限内压PLS=pls×PL0，由于a/b＜7.0，所以pls=0.95－0.85c3，计算得pls=0.9497，PLS=0.9497×10.50=9.972MPa。在纯弯矩下的塑性极限弯矩MLS=mls×MLO，式中mls=（1-c）sin+， MLO=4σ＇，焊接接头系数取1.0；计算得MLO= 90628kN·m， mls=0.0326，从而MLS=2952.8 kN·m 未焊透缺陷安全评价 若式≤0.44成立，则该缺陷是安全或可以接受的；否则，认为不能保证安全或不可接受。式中P为内压载荷，本文出于安全考虑取设计压力值4.0MPa；M为管道最大弯矩，所检管道未受外力作用，且设计有膨胀节，故管道最大弯矩M为管道支架中间位置的重力载荷q引起的弯矩值，M=，式中l为管道支架跨度，最大为12m，q 为φ273×7不锈钢钢管每米自重，计算可得M=7.0 kN·m。代入==0.1