高钢级天然气管线裂纹缺陷分析

【摘要】：管道输送已经成为世界范围内最经济、最便捷的石油和天然气运输手段之一,然而随着居民和工业对油气需求的不断增长,以前的低压力、小管径、低强度油气输送管道已经不能满足时代的要求,因此,高压力、大管径、高强度输送管道应运而生。为了确保这些高钢级管道在日常运营中的安全,除了要保证输送管材的质量之外,管道焊接接头的安全状态也至关重要,因为绝大多数管道泄漏事故都是从焊缝处开始的。本文系统阐述了国内外天然气输送管道的现状、发展趋势和论文研究的重要意义。理论方面以X70、X80管线钢为载体,分析了其焊接过程中焊接接头处随温度变化而产生的裂纹缺陷的种类、原因、危害及其相应的预防措施。焊接过程中产生的这些裂纹缺陷会降低焊件结构的强度,其最主要原因就是这些缺陷减小了结构承载横截面的有效面积,同时在缺陷周边区域产生了应力集中,从而造成对焊件的使用性能及寿命产生不利的影响。为了保证管道焊接接头质量,有必要对其进行例行检测,而无损检测能够对生产和运营中的高钢级管道进行检测,以便能够及时发现各种缺陷并采取相应的措施,以减少管道运营期间不必要的损失。超声波检测技术因其操作方便快捷、检测速度快、数据可靠而且成本较低等优点成为对管道焊缝缺陷进行检测的主要手段。本课题实验方面利用数字式超声波探伤仪对自制的仿自然缺陷模拟试块进行实践检测,分析总结了横波斜探头检测技术中探头类型、探头参数(频率、K值、晶片尺寸)、耦合剂和扫查方式对检测灵敏度的影响,并提出了如何选用探头、耦合剂和扫查方式才能更精确地检测焊缝中的裂纹缺陷。测得裂纹缺陷的指示长度和指示高度后以及裂纹偏离焊缝中心线距离后,与预埋理论尺寸进行对比,发现将近90%的实践检测数据误差都在9%以内,从而验证了超声波探伤在高钢级管线焊缝裂纹缺陷检测方面是相当准确和可靠的。 【关键词】：高钢级管道 裂纹 缺陷
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内管道建设情况及发展趋势[2]9-11
• 1.2.1 国内管道建设情况9-10
• 1.2.2 国内管道发展趋势10-11
• 1.3 国外管道建设情况及发展趋势11-13
• 1.3.1 国外管道建设情况11-12
• 1.3.2 国外管道发展趋势12-13
• 1.4 课题研究目的及意义13-14
• 1.5 课题研究主要内容14-15
• 第二章 焊缝裂纹缺陷的分类、产生原因及其预防措施15-26
• 2.1 前言15-17
• 2.2 热裂纹形成机理及其原因17-20
• 2.2.1 热裂纹形成机理17
• 2.2.2 热裂纹形成原因17-19
• 2.2.2.1 冶金因素的影响18-19
• 2.2.2.2 工艺因素的影响19
• 2.2.3 焊接热裂纹的预防措施19-20
• 2.2.3.1 冶金方面19
• 2.2.3.2 工艺因素方面19-20
• 2.3 焊接冷裂纹形成原因20-24
• 2.3.1 焊接冷裂纹形成机理21
• 2.3.2 焊接冷裂纹形成原因21-22
• 2.3.3 焊接冷裂纹的预防措施22-24
• 2.3.3.1 控制母材的化学成分22
• 2.3.3.2 合理选择和使用焊接材料22-23
• 2.3.3.3 正确制定焊接工艺23-24
• 2.3.3.4 加强工艺管理24
• 2.4 本章总结24-26
• 第三章 焊缝裂纹缺陷的超声波检测26-48
• 3.1 引言26-27
• 3.2 超声波检测的工作原理27-28
• 3.3 超声波检测方法的分类28-29
• 3.4 脉冲反射法超声检测通用技术29-32
• 3.4.1 检测面的选择和准备29-30
• 3.4.2 探头的选择30-32
• 3.4.2.1 探头型式的选择30
• 3.4.2.2 探头频率的选择30
• 3.4.2.3 探头带宽的选择30-31
• 3.4.2.4 探头晶片尺寸的选择31
• 3.4.2.5 横波斜探头K值的选择31-32
• 3.4.3 耦合剂的选取32
• 3.4.3.1 耦合剂32
• 3.4.3.2 影响超声耦合的因素32
• 3.5 横波斜探头检测技术32-44
• 3.5.1 检测设备的调节32-34
• 3.5.2 扫查34-36
• 3.5.3 缺陷的评定和质量分级36-44
• 3.5.3.1 缺陷位置的确定36-40
• 3.5.3.2 缺陷幅度的确定40
• 3.5.3.3 缺陷自身高度的测定40-42
• 3.5.3.4 缺陷长度的测定42-43
• 3.5.3.5 质量分级43-44
• 3.6 缺陷回波动态波形分析44-45
• 3.7 非缺陷回波的判定45-47
• 3.8 本章小结47-48
• 第4章 实践检测48-76
• 4.1 选用仪器原则48
• 4.2 选用仪器类型48-50
• 4.3 专用试块研制50-58
• 4.3.1 标准试块的设计50-51
• 4.3.2 对比试块的设计51-52
• 4.3.3 仿自然缺陷模拟试块的设计与制作52-58
• 4.3.3.1 仿自然缺陷模拟试块的设计52-53
• 4.3.3.2 仿自然缺陷模拟试块的制作53-58
• 4.4 试验前的准备58
• 4.5 距离—波幅曲线的绘制58-61
• 4.5.1 斜探头校准58-60
• 4.5.1.1 校准零偏(横波入射零点)和探头前沿58-59
• 4.5.1.2 校准斜探头K值59-60
• 4.5.2 制作DAC曲线60-61
• 4.5.3 校验距离-波幅曲线61
• 4.6 实践检测步骤及数据记录61-68
• 4.6.1 实践检测步骤61
• 4.6.2 数据记录61-68
• 4.7 数据分析68-75
• 4.7.1 不同管壁厚度距离－波幅曲线灵敏度选择68-69
• 4.7.2 试板质量评定69-73
• 4.7.3 检测数据误差统计73-75
• 4.8 本章小结75-76
• 第五章 结论与展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81-82

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