油气管道焊接残余应力超声无损检测与原位调控技术.pdf

石油科学通报 2016 年 12 月 第 1 卷第3 期：442-449 　油气安全专题　 油气管道焊接残余应力超声无损检测与原位调控技术 1* 1 1 1 2 3 徐春广 ，王俊峰 ，宋剑峰 ，田海兵 ，蔺廉普 ，饶心 1 北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081 2 北京理工大学自动化学院，北京 100081 3 中国石油西部管道公司，乌鲁木齐 830000 * 通信作者, xucgbit@263. net 收稿日期: 2016-10-18 摘要 基于声弹性理论，本文研究了油气管道中超声波与应力的关系，分析了超声临界折射纵波产生的原理、 方法和技术。为了确保检测值的准确性和可溯源，进一步研究了超声波残余应力检测的校准技术，建立了超声 应力检测与校准系统；研究了高能超声与残余应力场的相互作用关系，通过有效控制高能声束和声激励模式改 变构件表面和内部残余应力场状态，实现了对在役机械构件局部残余应力分布的原位消减和控制，提高了服役 机械构件整体强度、抗疲劳和耐腐蚀能力，增强了构件使用寿命、安全性和可靠性，并在油气管道焊接残余应 力的检测和调控中得到了应用。 关键词 残余应力；超声波；无损检测；原位调控 0 引言 至今共形成了数十种检测方法。将这些方法按照其对 被测构件损伤与否分为有损伤、半损伤和无损伤3 大 残余应力是一种固有应力，是当构件没有外部因 类。有损伤的方法有切片法、轮廓法等，半损伤的方 素作用时，在构件内部保持平衡而存在的应力。机械 法有盲孔法、环芯法、深孔法等，有损法和半损法都 加工过程中，如焊接、切削、磨削、表面滚压、喷丸、 属于应力释放的范畴；无损的方法[2-4] 有X 射线衍射 挤压、拉拔和轧制等，不可避免地都会产生残余应力。 法、中子衍射法、磁性测定法、扫描电子声显微镜法 油气管道长期处于输送介质脉动载荷的工作状态， 和超声波法等。2012 年，意大利Rossini 教授对比分析 残余应力集中的现象普遍，长年使用管道易进入诱发 各种检测方法后认为，超声波法[5] 具有高分辨率、高 腐蚀、导致裂纹、出现泄漏等缺陷频发的老龄期[1] 。 渗透力和对人体无伤害的特点，是残余应力无损检测 目前，由于服役管道老化，缺乏有效的无损检测技术 发展方向上最有前途的技术之一。 和准则，管道运行安全形势严峻，需研究适合服役管 对在役油气管道残余应力控制方面，不论是传统 道安全状态无损检测方法，以及时检测出服役管道残 的自然时效法，锤击法，热时效法，还是目前的频谱 余应力集中区域并进行调控，恢复管道的健康状态， 谐波、电击法、磁脉冲法等都有其局限性，都无法实 确保管道服役安全。本文针对以上情况，研究了油气 现对油气管道焊接残余应力的现场原位调控或消减。 管道焊接残余应力超声无损检测与原位调控技术。 尽管超声冲击消除残余应力技术[6-7] 是最近几年发展 残余应力的检测技术始于20 世纪30 年代，发展 起来的热门技术，其用微型高强度金属变幅杆冲头冲 引用格式：徐春广, 王俊峰, 宋剑峰, 田海兵, 蔺廉普, 饶心. 油气管道焊接残余应力超声无损检测与原位调控技术. 石油科学通报, 2016, 03: 442-449 XU Chunguang, WANG Junfeng, SONG Jianfeng, TIAN Haibing, LIN Lianpo, RAO Xin. Ultrasonic nondestructive testing and in situ regulation technology of residual stress for oil and gas pipelines. Petroleum Science Bulletin, 2016, 03: 442-449. doi: 10.3969/ j.issn.2096-1693.2016.03.040 ©2016 中国石油大学( 北京) 清华大学出版社有限公司 油气管道焊接残余应力超声无损检测与原位调控技术