[發明專利]一種焊接鋼管焊縫余高控制裝置

有效

• 申請號: 201310664714.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103624383A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 楊紅兵;王高峰;李記科;劉迎來;王耀光;聶向暉;宮少濤
• 申請（專利權）人: 北京隆盛泰科石油管科技有限公司
• 主分類號: B23K9/32
• 分類號: B23K9/32;G01B5/02
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 趙建剛

技術領域

本發明涉及管道設備加工與檢測技術領域，尤其是涉及一種焊接鋼管焊縫余高控制裝置。

背景技術

焊接鋼管焊縫余高焊接鋼管焊縫形狀中較為嚴格的控制指標，因為余高對焊縫質量以及焊管服役的影響是至關重要的。對其焊接質量的評價，首先是看內、外焊縫的余高及其形狀控制得好不好，焊縫流線是否規整等。焊縫余高大且不是圓滑過渡(即轉角半徑小)，則焊縫焊趾部位的應力集中系數大，對抗硫化氫應力腐蝕開裂(SSC)不利。此外，外焊縫的余高大，會給管子的防腐作業增加難度，成本增高；內焊的余高較大，則對管道輸送介質的摩擦阻力大，管輸耗能也就大。因此，在生產埋弧焊管時，必須控制內、外焊縫的余高。

1、焊縫余高控制的重要性

(1)余高對焊縫性能的影響

余高是引起焊接接頭應力集中的主要因素，應力集中又會造成服役條件下管道的疲勞破壞。因為焊縫余高過大會在焊趾處產生較大的應力集中，如圖1所示，可以看出焊趾處應力最大。余高愈大，應力集中程度越嚴重，此時的焊接接頭強度反而會下降。若焊后削平余高，或者焊趾處局部機械加工，消除或者減小應力集中，有時反而可以提高焊接接頭的強度，尤其是對動載荷強度的影響更大。

埋弧焊管的焊縫均為對接接頭的焊縫，如果不控制好焊縫余高，則焊趾處的應力就大，以致焊管在服役過程尤其是在腐蝕介質中，如H2S水溶液、海水、海洋大氣等，易在焊趾處產生應力腐蝕裂紋。

(2)余高對焊管防腐的影響

3PE防腐是目前廣泛采用的鋼質管道外防腐技術，但在螺旋焊縫焊管涂敷過程中，由于受到焊縫幾何形狀的影響，防腐層可能會出現薄厚不均的現象，這將影響防腐管道的壽命。在GB／T23257-2009標準中明確規定焊接處防腐層最小厚度不能小于管體防腐層厚度的70％。因為焊縫是焊接鋼管的凸出部位，而計算防腐層厚度的基點應該是余高的頂點，為了達到焊縫防腐層所規定的厚度而增加整個管體防腐層的厚度，將會造成生產成本的提高。為了保證防腐質量并降低防腐成本，首要的措施是降低余高。

(3)外焊縫余高過大對水壓擴徑后管形的影響

直縫埋弧焊管在水壓擴徑時，是通過內腔與鋼管擴徑尺寸一致的左、右兩部分外模將鋼管包住的，因此，焊縫的余高過大，在擴徑時焊縫承受的剪應力就大，焊縫兩側就易出現“小直邊”現象。但經驗證明，當外焊縫的余高控制在2mm左右時，水壓擴徑時不會出現“小直邊”現象，管形不會受到影響。這是因為外焊縫的余高小，焊接接頭所承受的剪應力也小。只要這種剪應力在彈性變形范圍內，卸載后產生回彈，管子就會恢復原狀。

(4)內焊縫余高過大增加輸送介質的能源損失

輸送用埋弧焊管內表面若未做涂層防腐處理時，其內焊縫的余高大，則對輸送介質的摩擦阻力也大，由此將使輸送管線的能耗增加。

由于余高是影響鋼管質量及防腐質量、成本的重要因素。在焊管制造標準對余高都有嚴格的要求，在標準API5L和GB／T9711中規定余高應分別小于等于3.18mm和3mm，在西氣東輸管線建設中，凡是進行外防腐的管線，在鋼管制造時，均要求余高控制在2.5mm以內。目前有個別廠家將余高控制在1.8mm左右。由此看來，對余高的控制愈來愈嚴格是焊管技術發展的一種趨勢，所以對其做出較為準確的控制是很有必要的。

2、焊縫余高測量控制

GB／T3375—1994《焊接術語》中對焊縫余高的定義為：超出母材表面連線上面的那部分焊縫金屬的最大高度。該標準還給出了理想狀況下平板對接接頭焊縫余高的示意圖，如圖2所示^[2]。

《焊接術語》中的“母材表面連線”不能單純理解為直線，對于圓筒形焊接鋼管或壓力容器母材表面連線應該為沿鋼管圓周的弧線(縱向直焊縫鋼管)或者空間曲線(螺旋縫焊管)。圓筒形焊接鋼管焊縫余高示意圖如圖3所示：

目前，國內對焊接鋼管焊縫余高的測量使用焊接檢驗尺由人工來進行，即檢驗人員在鋼管固定部位(如鋼管兩端、鋼管中間部位)進行分段測量，即測量只能是“局部”、“靜態”測量。

焊檢尺是為平板對接焊縫設計的，用其測量焊管焊縫余高時，即使焊縫余高為零，測量尺也有一小的讀數，如圖4所示，從而導致測量誤差，尤其是對小直徑焊管或大跨距焊檢尺，誤差更大。

使用焊接檢驗尺測量焊接鋼管外焊縫余高的通用方法有兩種，其示意圖如圖5所示：

由圖4和圖5可以看出，用方法a測量直縫焊管余高時，測量值和焊縫余高實際值是不相符的，即測量值大于焊縫真實高度，焊縫的真實余高應為：h=h-Δ其中Δ為誤差值，Δ=b，h′為測量值，由圖5可得：