CN111024288B - 一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法 - Google Patents

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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses

Abstract

一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法。具体方法为：两段管道在连头焊接前，在焊口外两侧管体上对称选取两个横截面，同时在吊带外两侧管体上对称选取两个横截面，共计四个检测截面；弦式应变计的钢弦走向与管道轴平行，在每个检测截面的环向至少布置四枚以上弦式应变计；弦式应变计与手持式应变采集仪连线，采集应变基准值，在此基准值上的变化值则为应变检测值；在管口组对、焊接、连头管道下放到管沟沟底后，依次采集应变检测值，计算出各阶段施工后的应力；基于管材的屈服应力，定量评定管口组对施工的质量、焊接装配残余应力的水平等级，以及管道下放至管沟沟底后，连头装配残余应力对管道承载能力的影响。

Description

一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法
技术领域
本发明涉及一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，尤其是能够定量检测管口组对、焊接装配和连头管道下放到管沟沟底后的残余应力。
背景技术
油气管网是能源安全输送的关键。在管道敷设和维修换管过程中经常会进行管道连头作业，即工程中称之为的“碰死口”。据报道，70％的管道泄漏事故是由于连头焊接质量问题造成的，因此连头焊接装配的应力检测和评定至关重要。鉴于目前尚没有连头焊接作业质量的力学指标和评定方法，基于新建管道的连头焊接和施工过程，提供一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法。
发明内容
提供一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法。
为实现上述目的，采用如下的技术方案：
一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，包括以下步骤：
1)选定检测截面，环向等间距布置数枚沿轴向的弦式应变计，并加装硬质保护壳；
2)将弦式应变计与手持式应变采集仪连线，并记录应变初始值，即应变基准值，在此基准值上的变化值则为应变检测值；
3)管口组对后，采集吊带外侧两截面上弦式应变计的应变检测值，定量评定管口组对的施工质量；
4)焊接完成后，采集焊口外两截面上弦式应变计的应变检测值，定量评定焊接装配残余应力的水平等级；
5)连头管道下放至管沟后，采集所有截面上弦式应变计的应变检测值，定量评定连头装配应力对管道承载能力的影响。
所述的检测截面为，在焊口左右两侧管体上对称选取的两组管道横截面，共计四处，第一组检测截面为距管道对口器外侧约300mm的两个管道横截面；第二组检测截面为距离管口组对吊带外侧约1000mm的两个管道横截面，共计四个检测截面。
所述的弦式应变计，跨过检测截面的圆周线，环向等间距布置，弦式应变计的钢弦与管道轴向平行，其固定座采用强力胶粘结或点焊于管道外表面。每个检测截面上至少在四个点钟位置布置弦式应变计，即对应于钟表的0点、3点、6点和9点，四个检测截面上弦式应变计布置的环向方位相同。
进一步地，应在弦式应变计外加装保护性不锈钢外壳，外壳与管体采用强力胶粘结或点焊的方式连接。
所述的手持式应变采集仪，具有读取和记录弦式应变计应变检测值的功能。
所述的管口组对，首先将准备连头焊接的两段管道吊起，再安装对口器，采用千斤顶等方式使两管口在同一轴线上，完成管口组对作业。
所述的管道危险截面，是指管道吊起后形成类似悬臂结构，距离吊带最远端的离地管道横截面承受的弯矩最大，称之为危险截面，危险截面与吊带的距离为L。
所述的管口组对的施工质量评定，管口组对作业完成后，采集吊带外侧截面上的应变检测值，乘以管材的弹性模量，得到管口组对时吊带外侧两截面的弯曲应力σ吊。
进一步地，根据危险截面、检测截面与吊带的距离，计算危险截面的弯曲应力
Figure GSB0000200358830000021
其中1000是检测截面据吊带的距离，单位为毫米，根据最大弯曲应力与管材屈服应力的比值，定量评定管口组对的施工质量。
所述的焊接装配残余应力评定，是管口组对焊接完成后，采集应变检测值，乘以管材的弹性模量，得到焊接装配残余应力。
进一步地，根据各测点焊接装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，评定焊接装配残余应力的水平等级。
所述的连头装配残余应力评定，连头管道下放至管沟后，采集四个检测截面上弦式应变计的应变检测值，乘以管材的弹性模量，计算连头装配的残余应力。
进一步地，根据四个检测截面在同一母线上四个测点的连头装配残余应力，绘制数条连头焊接装配残余应力沿轴向分布的三次样条曲线，拟合出连头焊接装配残余应力的最大值。
进一步地，采用连头焊接装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，定量评定连头焊接装配残余应力对管道承载能力的影响。
与现有技术相比，具有如下的优点和显著效果：
鉴于目前尚没有连头焊接作业质量的力学指标和评定方法，基于新建管道连头焊接的施工流程，提供了一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，定量评定管口组对施工的质量、焊接装配残余应力的水平等级，以及管道下放至管沟后，连头焊接装配残余应力对管道承载能力的影响。
附图说明
图1为技术方案的流程示意图。
图2为选取检测截面的示意图。
图3为检测截面上弦式应变计的布置图。
图4为连头装配残余应力沿管道母线分布的样条曲线图，若在检测截面上环向布置4 枚弦式应变计，便有4条三次样条曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图1所示，一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，其包括以下步骤：
1)在焊口左右两侧管体上对称选取的两组管道横截面，第一组检测截面为距焊接对口器外侧约300mm的两个管道横截面；第二组检测截面为距离管口组对吊带约1000mm的两个管道横截面，共计四个检测截面。
2)弦式应变计跨过检测截面的圆周线，环向等间距布置，弦式应变计的钢弦与管道轴向平行，其固定座采用强力胶粘结或点焊于管道外表面。每处检测截面至少在四个点钟位置布置弦式应变计，对应于钟表的0点、3点、6点和9点，四个检测截面上弦式应变计布置的环向方位相同。
3)在弦式应变计外加装保护性不锈钢外壳，外壳与管体采用强力胶粘结或点焊的方式连接，弦式应变计与手持式应变采集仪连线，并记录应变初始值，即应变基准值。
4)将准备连头焊接的两段管道吊起，安装对口器，完成管口组对作业。测量距离吊带最远端离地管道的横截面，即危险截面，与吊带的距离为L。采集图1中第二组检测截面即吊带外侧截面上弦式应变计的应变检测值，乘以管道的弹性模量，得到管口组对时吊带外侧两截面的弯曲应力σ吊。
5)根据危险截面、检测截面与吊带的距离，计算危险截面的弯曲应力
Figure GSB0000200358830000031
采用危险截面的最大弯曲应力与管材屈服应力的比值，定量评定管口组对的施工质量。
6)管口组对焊接完成后，采集图1中第一组检测截面上弦式应变计的应变检测值，乘以管材的弹性模量，得到焊接装配残余应力。根据各测点焊接装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，定量评定焊接装配残余应力的水平等级。
7)连头管道下放至管沟后，采集图1中两组检测截面上弦式应变计的应变检测值，乘以管材的弹性模量，得到连头装配各测点的残余应力。
8)根据同一母线上所有测点的连头装配残余应力，绘制数条连头装配残余应力沿轴向分布的三次样条曲线，拟合出连头装配残余应力的最大值。采用连头装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，定量评定连头装配残余应力对管道承载能力的影响。
本发明技术方案中所采用的弦式应变计可由电阻式应变片或位移计代替。
本发明技术方案中，检测截面的数量及其距焊口的距离、弦式应变计的数量及其排列方式，在有效得到管道横截面应力分布的前提下，可以做出相应的调整。
最后说明的是，对本发明中提供的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，具体方法为：两段管道在连头焊接前，分别在焊口外两侧和吊带外两侧管体上对称选取两个横截面，共计四个检测截面；在检测截面的环向至少布置四枚以上弦式应变计，弦式应变计的钢弦与管道轴平行；弦式应变计与手持式应变采集仪连线，采集应变基准值，在此基准值上的变化值则为应变检测值；将管道吊起安装焊接对口器，完成管口组对后，采集吊带外侧两截面上弦式应变计的应变检测值；根据起吊危险截面、检测截面和吊带的位置关系，计算危险截面的应力，评定管口组对的施工质量；焊接作业完成后，采集焊口外侧两截面上弦式应变计的应变检测值，评定焊接装配残余应力的水平等级；将连头管道下放至管沟沟底后，采集所有检测截面上弦式应变计的应变检测值，分析连头装配残余应力对管道承载能力的影响。
2.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，其特征在于，采用管口组对后吊带外侧两个截面的弦式应变计应变检测值，依据吊带、检测截面以及危险截面的水平距离，计算危险截面的弯曲应力，以最大弯曲应力与管材屈服应力的比值，定量评定管口组对的施工质量。
3.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余 应力的检测和评定方法，其特征在于，焊接作业完成后，采用焊口外侧两截面上弦式应变计的应变检测值，计算焊接装配应力；根据焊接装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，评定焊接装配残余应力的水平等级。
4.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，其特征在于，连头管道下放至管沟沟底后，采用连头管道上同一母线上弦式应变计的应变检测值，计算各自的残余应力，绘制数条沿轴向的残余应力分布曲线，拟合出连头装配残余应力的最大值；根据连头装配残余应力的最大值与管材屈服应力的比值，定量评定连头装配残余应力对管道承载能力的影响。
5.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，其特征在于，弦式应变计的钢弦走向与管道轴平行，在每个检测截面的环向至少布置四枚以上弦式应变计，对应于钟表的0点，3点，6点和9点方位。
6.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，其特征在于，弦式应变计外部加装硬质保护壳，弦式应变计可由电阻式应变片或位移计代替。
7.根据权利要求1所述的一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法，也适用于在役管道换管，环向切管释放残余应力时，环焊缝焊接装配残余应力的检测。
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