焊管 焊管是燃气管道中的常见管材,直径大于426mm(或508mm)的焊管一般被称为大口径焊管,按照焊接成管方式,可分为螺旋焊管和直缝焊管两种。
螺旋焊管是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的螺旋线的角度(又叫成型角)卷成管坯,然后将管缝焊接起来制成,它可以用较窄的带钢生产大直径的钢管。螺旋焊管主要是螺旋埋弧焊管(SSAW),在我国广泛用于各种燃气管道的建设,其规格用外径*壁厚表示。螺旋焊管有单面焊的和双面焊的,焊管应保证水压试验、焊缝的抗拉强度和冷弯性能要符合规定。
直缝焊管是将热轧板卷经过成型机成型后,使钢卷变形为圆滑的圆筒状,利用高频电流的集肤效应和邻近效应或焊剂层下燃烧的电弧进行焊接,使管坯边缘加热熔化,并在一定的挤压力作用下熔合,经最终冷却成型。其中管坯边缘利用高频电流熔化的被称为高频直缝焊管(ERW),利用电弧熔化的被称为直缝埋弧焊管(LSAW)。
直缝焊管主要原料是低碳钢热轧板卷、热轧带,在石油、冶金、建筑、煤矿、港口、机械等行业广泛用于石油天然气输送、低压水煤气输送、矿用流体输送、带式输送机托辊、汽车传动轴等等。
从焊接工艺而言,螺旋钢管与直缝钢管的焊接方法一致,但直缝焊管不可避免地会有很多的丁字焊缝,因此存在焊接缺陷的机率也大大提高,而且丁字焊缝处的焊接残余应力较大,焊缝金属往往处于三向应力状态,增加了产生裂纹的可能性。
而且,根据埋弧焊的工艺规定,每条焊缝均应有引弧处和熄弧处,但每根直缝焊管在焊接环缝时,无法达到该条件,由此在熄弧处可能有较多的焊接缺陷。
管子在承受内压时,通常在管壁上产生两种主要应力,即径向应力δ和轴向应力δ。焊缝处合成应力δ,其中,α为螺旋焊管焊缝的螺旋角。
螺旋钢管焊缝的螺旋角一般为度,因此螺旋焊缝处合成应力是直缝焊管主应力的。在相同工作压力下,同一管径的螺旋焊管比直缝焊管壁厚可减小。
根据以上特点可知:螺旋焊管发生爆破时,由于焊缝所受正应力与合成应力比较小,爆破口一般不会起源于螺旋焊缝处,其安全性比直缝焊管高。
当螺旋焊缝附近存在与之相平行的缺陷时,由于螺旋焊缝受力较小,故其扩展的危险性不如直焊缝大。
由于径向应力是存在于钢管上的最大应力,所以焊缝处于垂直应力这一方向时承受最大载荷。即直缝承受的载荷最大,环向焊缝承受的载荷最小,螺旋缝介于二者之间。
静压爆破强度 经有关对比试验,验证了螺旋钢管与直缝焊管的屈服压力与爆破压力实测值和理论值基本吻合,偏差接近。但无论是屈服压力还是爆破压力,螺旋焊管均低于直缝焊管。爆破试验还显示出螺旋焊管爆破口的环向变形率明显大于直缝焊管。由此证实,螺旋焊管的塑性变形能力优于直缝焊管,爆破口一般只局限于一个螺距内,这是螺旋焊缝对裂口的扩展起了有力的约束作用所致。
韧性和疲劳强度 管道发展的趋势是大口径、高强度。随着钢管直径的加大、所用钢级的提高,产生韧性断裂尖稳扩展的趋势越大。根据美国有关研究机构的试验表明,螺旋焊管与直缝焊管虽然同为一个级别,但螺旋焊管具有较高的冲击韧性。 |