王 洋，王海生，王寅杰，張 勇，陳 方，陳 曦

（1.渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣 062658； 2.渤海裝備第一機(jī)械廠，河北 青縣 062658）

靜水壓爆破試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地反映焊管整體的力學(xué)性能，為焊管服役安全性提供理論依據(jù)[1-2]。螺旋埋弧焊管靜水壓爆破試驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn)，采用靜水壓注法在密閉的試樣上持續(xù)加壓[3]，使焊管發(fā)生變形直至爆破 （特殊要求時(shí)也可不爆破），通過(guò)爆裂位置、壓力－時(shí)間曲線、周長(zhǎng)－壓力曲線綜合評(píng)定焊管的力學(xué)性能[4]。

在役焊管，不可避免地會(huì)存在各類缺陷，這些缺陷對(duì)焊管的安全使用有一定的影響。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性還是安全性的角度，進(jìn)行安全驗(yàn)證性研究是最好的選擇[5]。本研究通過(guò)在某長(zhǎng)輸管線用 X70 鋼級(jí) Φ1 067 mm×14.27 mm 螺旋埋弧焊管上預(yù)制人工缺陷，進(jìn)行靜水壓爆破試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)不同壓力值下焊管管體的周長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，分析試驗(yàn)中焊管形變規(guī)律，從而為確定不同缺陷對(duì)管道安全性能所造成的影響提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)焊管和預(yù)制缺陷

試樣從同一批次中隨機(jī)抽取[6]。本研究中焊管兩端采用橢圓封頭焊接制作，管體拉伸性能實(shí)測(cè)值為屈服強(qiáng)度535 MPa，抗拉強(qiáng)度630 MPa。在焊管管體及焊縫相應(yīng)位置預(yù)制了不同類型、尺寸的人工缺陷[7]，缺陷類型及尺寸見(jiàn)表1。

表1 焊管預(yù)制人工缺陷的類型、位置及尺寸

1.2 水壓試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方法按照SY/T 5992—2012[8]《輸送鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)方法》 標(biāo)準(zhǔn)要求，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集管內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)，對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制出試驗(yàn)曲線[9]。

按照試驗(yàn)焊管管體實(shí)際屈服強(qiáng)度的95%、100%、105%計(jì)算鋼管保壓試驗(yàn)壓力，分別為13.60 MPa、14.31 MPa、15.03 MPa； 依次進(jìn)行4 h保壓試驗(yàn)，之后進(jìn)行靜水壓爆破試驗(yàn)[10]，保壓和爆破試驗(yàn)壓力曲線如圖1 所示。

圖1 焊管保壓和爆破試驗(yàn)壓力曲線

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 預(yù)制缺陷的變化情況

每次保壓試驗(yàn)完成后，未發(fā)現(xiàn)有明顯的缺陷擴(kuò)展和局部塑性形變，試驗(yàn)前及105%保壓試驗(yàn)后各處預(yù)制缺陷形貌如圖2 所示。水壓爆破試驗(yàn)后，對(duì)每處預(yù)制缺陷 （位于爆破口上的12#除外）周圍進(jìn)行超聲波檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷周圍有裂紋。

圖2 保壓試驗(yàn)前后缺陷對(duì)比圖

2.2 焊管周長(zhǎng)的變化情況

試驗(yàn)前及每次保壓試驗(yàn)完成后，分別對(duì)不同位置的焊管周長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可見(jiàn)，與試驗(yàn)前原始焊管相比：95%實(shí)際屈服強(qiáng)度保壓試驗(yàn)后，所測(cè)量7 個(gè)位置中焊管周長(zhǎng)最大增加2 mm、最小增加 0 mm、平均增加 0.9 mm； 100%實(shí)際屈服強(qiáng)度保壓試驗(yàn)后，所測(cè)量7 個(gè)位置中焊管周長(zhǎng)最大增加3 mm、最小增加0 mm、平均增加1.3 mm； 105%實(shí)際屈服強(qiáng)度保壓試驗(yàn)后，所測(cè)量的7 個(gè)位置中焊管周長(zhǎng)最大增加4 mm、最小增加1 mm、平均增加 2.9 mm?？梢?jiàn)，試驗(yàn)壓力越高，焊管周長(zhǎng)增加值越大，但最大變形量不超過(guò)0.12%。

表2 保壓試驗(yàn)前后焊管周長(zhǎng)的測(cè)量結(jié)果

3 焊管承壓能力、爆破位置及尺寸

圖3 水壓爆破焊管和爆破口局部形貌

焊管水壓爆破試驗(yàn)測(cè)試屈服壓力16.18 MPa，最大承壓能力為18.22 MPa，爆破壓力18.11 MPa。試驗(yàn)焊管起爆點(diǎn)位于12#預(yù)制缺陷處，該處缺陷為管體壁厚修磨，深度 2.0 mm （公稱壁厚的 15%），斷口處壁厚最小值[11]為 8.5 mm； 起爆點(diǎn)距焊管西端封頭環(huán)縫處距離為4 330 mm，爆破口全長(zhǎng) 2 170 mm，軸向長(zhǎng)度 1 830 mm，爆破口最大開(kāi)口245 mm。爆破口沿垂直于焊管軸線方向起裂后，向焊管軸向兩側(cè)迅速開(kāi)裂，西端止裂于管體母材，東端穿過(guò)焊縫后止裂于管體母材[12-13]，焊管爆破失效后形貌如圖3所示。

4 結(jié) 論

（1）試驗(yàn)焊管經(jīng)過(guò) 95%、100%、105%實(shí)際屈服強(qiáng)度保壓試驗(yàn)后，13 處預(yù)制缺陷未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷擴(kuò)展和局部形變，水壓爆破后對(duì)每處預(yù)制缺陷 （位于爆破口上的12#除外）周圍進(jìn)行超聲波檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷周圍有裂紋擴(kuò)展。

（2）試驗(yàn)焊管經(jīng)過(guò) 95%、100%、105%實(shí)際屈服強(qiáng)度計(jì)算壓力保壓試驗(yàn)后，所測(cè)量7 個(gè)位置與試驗(yàn)前焊管原始周長(zhǎng)相比，最大增加量分別為2 mm、3 mm、4 mm，平均增加量分別為 0.9 mm、1.3 mm、2.9 mm； 試驗(yàn)壓力越高，焊管周長(zhǎng)增加值越大，但最大變形量不超過(guò)0.12%。

（3）試驗(yàn)焊管起爆點(diǎn)位于12#預(yù)制缺陷 （壁厚修磨15%）處，試驗(yàn)焊管最大承受壓力為18.22 MPa，高出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抗拉強(qiáng)度最低值計(jì)算壓力 （15.25 MPa）2.97 MPa，高出實(shí)際抗拉強(qiáng)度計(jì)算壓力 （16.85 MPa）1.37 MPa，有一定的裕量[14]。

（4）通過(guò)人工模擬缺陷的X70 螺旋埋弧焊管進(jìn)行靜水壓爆破試驗(yàn)，研究了保壓試驗(yàn)前后缺陷的擴(kuò)展、形變規(guī)律和焊管的承壓能力，為確定不同缺陷對(duì)管道安全性能所造成的影響提供了依據(jù)[15]。