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一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法

阅读：775发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于管道应力检测领域，具体涉及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：两段管道连头焊接前(工程中称为“碰死口”)，在焊口外两侧管体上对称选取两个横截面，亦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。跨过检测截面的圆周线，环向等间距布置数枚沿轴向的弦式应变计，并与手持式应变采集仪连线，采集应变初值。在管口组对、焊接、连头管道下放到管沟后，依次采集应变值，计算出各阶段施工后的应力值。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后，连头装配残余应力对管道承载能力的影响。，下面是一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.本发明属于管道应力检测领域，具体涉及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：两段管道连头焊接(工程中称之为“碰死口”)之前，分别在焊口外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，跨过检测截面的圆周线，环向等间距布置数枚沿轴向的弦式应变计，并与手持式应变采集仪连线，采集应变初值；将管道吊起后安装焊接对口器，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值，考虑起吊危险截面、检测截面和吊带的位置关系，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后，采集所有检测截面上弦式应变计的应变值，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，管口组对后采集吊带外侧两截面上弦式应变计的应变值，减去其应变初值，考虑吊带与检测截面以及危险截面的距离，计算危险截面的弯曲应力，并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。
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，采集焊口外侧两截面上弦式应变计的应变值，减去其应变初值，计算焊接装配残余应力，并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。
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后，采集四个检测截面上弦式应变计的应变值，减去其应变初值，计算各测点连头装配的残余应力。
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，采用同一母线上所有测点的连头装配残余应力，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。
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，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。
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，其特征在于，弦式应变计跨过检测截面的圆周线，环向等间距沿轴向布置，四个检测截面上弦式应变计布置的环向方位相同。
8.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。
9.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，本发明关于焊接装配残余应力的检测方法，同样适用于在役管道换管时，环焊缝焊接残余应力的评定。

说明书全文

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

[0001] 本发明属于管道应力检测领域，具体涉及一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法。

背景技术

[0002] 油气管网是国民经济中的能源命脉。在管道敷设和维修换管过程中经常会进行管道连头作业(工程中称之为“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质量检测和评定至关重要。鉴于目前尚没有一套完整的连头焊接装配检测和评定的方法，本发明基于新建管道连头焊接和施工过程，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。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种管道连头焊接装配残余应力的检测和评定方法。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

[0005] 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：

[0006] 1)跨过选定的检测截面圆周线，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；

[0007] 2)将弦式应变计与手持式应变采集仪连线，并记录应变初值；

[0008] 3)管口组对后，采集吊带外侧两截面上弦式应变计的应变值，定量评定管口组对的施工质量；

[0009] 4)焊接完成后，采集焊口外两截面上弦式应变计的应变值，定量评定焊接残余应力的水平等级；

[0010] 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值，定量评定连头装配残余应力对管道承载能力的影响；

[0011] 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。

[0012] 所述的弦式应变计，跨过检测截面的圆周线，环向等间距沿轴向布置，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(对应于钟表的0点，3点，6点，9点)布置弦式应变计，四个检测截面上弦式应变计布置的环向方位相同。

[0013] 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。

[0014] 所述的手持式应变采集仪，具有读取和记录弦式应变计标距长度范围内平均应变的功能。

[0015] 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。

[0016] 所述的管道危险截面，是因为管道吊起后，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。

[0017] 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值，减去其应变初值，再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。

[0018] 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并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。

[0019] 所述的焊接装配残余应力评定，是管口组对焊接完成后，采集焊口外侧两截面上的应变值，减去其应变初值，再乘以管材的弹性模量，得到焊接装配残余应力。

[0020] 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。

[0021] 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值，减去其应变初值，再乘以管材的弹性模量，计算连头装配的残余应力。

[0022] 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。

[0023] 进一步地，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。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下的优点和显著效果：

[0025] 鉴于目前尚没有一套完整的连头焊接装配检测和评定的方法，本发明基于新建管道连头焊接和施工流程，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，连头装配残余应力对管道承载能力的影响。附图说明

[0027] 图1为本发明技术方案的流程示意图。

[0028] 图2为选取检测截面的示意图。

[0029] 图3为检测截面上弦式应变计的布置图。

[0030] 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

[0031] 为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明中的附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

[0032] 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：

[0033] 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。在选取的检测截面上，环向等间距布置数枚沿轴向的弦式应变计；

[0034] 2)弦式应变计跨过检测截面的圆周线，环向等间距沿轴向布置，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(对应于钟表的0点，3点，6点，9点)布置弦式应变计，四个检测截面上弦式应变计布置的环向方位相同；

[0035] 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，并记录应变初值；

[0036] 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读数，减去其应变初值，再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。

[0037] 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。

[0038] 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值，减去其应变初值，再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。

[0039] 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值，减去其应变初值，再乘以管材的弹性模量，得到连头装配各测点的残余应力。

[0040] 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。

[0041] 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代替或位移计。

[0042] 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。

[0043] 最后说明的是，对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。

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