CN110778804A - 油气输送管及油气输送管的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油气输送管及油气输送管的制作方法，属于油气输送设备技术领域，油气输送管包括钢管和焊接层，所述焊接层固设于所述钢管的端部，所述焊接层围绕所述钢管的轴线均匀设于所述钢管的表面。本发明还提供了一种油气输送管的制作方法包括如下步骤：根据所述钢管端部的尺寸和对接焊缝需要达到的应力承载能力要求确定所述焊接层的参数；根据所述参数在所述钢管的端部内表面和/或外表面上沿所述钢管的周向焊接用于使所述钢管的端部厚度增加的所述焊接层；对所述焊接层进行精加工。本发明提供的油气输送管能保证钢管端部对接的精度以及圆度，对接牢固，消除安全隐患。

Description

油气输送管及油气输送管的制作方法

技术领域

本发明属于油气输送设备技术领域，更具体地说，是涉及一种油气输送管及油气输送管的制作方法。

背景技术

管道作为一种高效、经济的输送方式，是石油天然气长距离输送的主要方式。目前，我国已建成西气东输管线、西气东输二线/三线/四线、中俄原油管线、中亚管线、中缅管线等油气管道超过12万公里，但仍不能满足我国油气需求快速增值的需要，油气管道建设仍处于迅猛发展的阶段。

现有的管道是通过将大量的单一钢管通过直接环焊的方式进行连接实现长距离的油气输送。由于环焊缝熔敷金属的强韧性很难达到采用控轧控冷技术的钢管本体的强韧性，在对接的时候很难形成高强韧性匹配，造成管端环焊缝连接处强度较弱、韧性较差。现有油气输送管，包括直缝埋弧焊管、螺旋缝埋弧焊管和HFW焊管，均采用折弯或模弯成型，无缝钢管采用轧制成型，管端几何尺寸精度较差，钢管的对接端直径差异较大、几何精度不够，环焊对接时易产生错边，强力组对易形成内应力；此外，为了使两根钢管对接成功，对接时需要使用胀管器等设备将钢管强行撑圆后焊接，由于胀管时处于钢管的弹性变形范围，造成环焊缝残余应力大，降低了承载能力或易诱发裂纹及促使裂纹扩展。上述原因导致当油气输送管道受外力作用时，环焊缝处最容易形成应力集中，常发生环焊接头失效造成的管道质量安全事故，给人民生命财产、经济发展带来巨大损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气输送管及油气输送管的制作方法，旨在解决现有的油气输送管对接时连接处强度较弱，且端部几何尺寸精度不够的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种油气输送管，包括：

钢管；和

焊接层，固设于所述钢管的端部，所述焊接层围绕所述钢管的轴线均匀设于所述钢管的表面。

作为本申请另一实施例，所述焊接层设于所述钢管的内表面和/或外表面。

作为本申请另一实施例，所述焊接层的一端与所述钢管的端面平齐，另一端设有过渡段，所述过渡段与所述钢管表面呈预设夹角设置。

作为本申请另一实施例，所述预设夹角不小于120°。

作为本申请另一实施例，所述焊接层包含一层或多层焊接材料；

所述焊接材料为低碳合金钢，其中各金属的质量分数为：C：0.03％-0.15％；Mn≤0.6％-2.0％；Si：0.1％-0.4％；Mo：0-0.6％；Ni：0-0.6％；Cu：0-0.3％；Cr：0-0.5％；S≤0.01；P≤0.1；B≤0.003；其余为铁和不可避免的杂质。

本发明提供的油气输送管的有益效果在于：与现有技术相比，本发明油气输送管在钢管的端部设置了焊接层，使钢管的端部增厚，这样在两个钢管的端部通过环焊的方式进行对接时，由于端部厚度增加，环焊缝的截面积也增加，提高环焊缝的应力承载能力，避免了环焊缝处的应力集中；而且，焊接层与钢管连接使钢管的端部加厚，可以对焊接层的外周进行加工，方便调整钢管端部对接的直径以及圆度，提高钢管端部的几何尺寸精度，对接时不需要再用胀管器强力撑起管端，对接应力减小，对接效率提高。当管道受到外力发生应变时，应变分布于钢管，不再集中在环焊缝处，使管道承受变形的能力大幅度提升，对接牢固，消除安全隐患。

本发明还提供了一种油气输送管的制作方法，包括如下步骤：

根据所述钢管端部的尺寸和对接焊缝需要达到的应力承载能力要求确定所述焊接层的参数；

根据所述参数在所述钢管的端部内表面和/或外表面上沿所述钢管的周向焊接用于使所述钢管的端部厚度增加的所述焊接层；

对所述焊接层进行精加工。

作为本申请另一实施例，根据所述参数在所述钢管的端部内表面和/或外表面上沿所述钢管的周向焊接用于使所述钢管的端部厚度增加的所述焊接层包括：

采用电弧熔化焊的方式使所述焊接材料在所述钢管内表面和/或外表面熔化，并与所述钢管端部的母材之间形成完全的冶金结合，冷却后的所述焊接材料形成所述焊接层。

作为本申请另一实施例，所述焊接材料分一次或多次焊接于所述钢管端部的外周，相邻焊接材料之间形成完全的冶金结合。

作为本申请另一实施例，所述焊接材料的屈服强度不低于所述钢管材质屈服强度最小值的70％；所述焊接材料的抗拉强度不低于所述钢管材质抗拉强度最小值的70％；所述焊接材料在-10℃的环境下，夏比冲击功≥80J。

作为本申请另一实施例，所述参数包括：

所述焊接层的长度参数为：30mm～1000mm；和

所述焊接层的厚度参数为：所述钢管端部厚度的20％～100％。

本发明提供的油气输送管的制作方法的有益效果在于：与现有技术相比，本油气输送管的制作方法在通过计算出的焊接层的参数将焊接层采用焊接的方式设于钢管的端部，使钢管端部加厚，加大两个钢管之间的对接面积，通过焊接的方式进行连接实现了两者的冶金结合，钢管的端部增厚可以增强钢管端部的应力承载能力，后续的精加工可以对钢管加厚后端部的直径以及圆度进行调节，提高钢管端部的几何尺寸精度，保证钢管加厚后的端部对接时的焊接效果，减少对接时的错边，提高环焊缝处的韧性及塑性，减小残余应力，对接牢固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的油气输送管的剖视结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的油气输送管的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的油气输送管的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的油气输送管的左视图；

图5为本发明实施例三提供的油气输送管的对接剖视结构示意图。

图中：1、钢管；2、焊接层；3、过渡段。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的油气输送管进行说明。油气输送管，包括钢管1和焊接层2，焊接层2固设于钢管1的端部，焊接层2围绕钢管1的轴线均匀设于钢管1的表面。

本发明提供的油气输送管的有益效果在于：与现有技术相比，本发明油气输送管在钢管1的端部设置了焊接层2，使钢管1的端部增厚，这样在两个钢管1的端部(其中端部指的是钢管1本身的端部与焊接层2共同组成的对接端，下文所指的端部与此处所表示的端部均相同)通过环焊的方式进行对接时，由于端部厚度增加，环焊缝的截面积也增加，提高环焊缝的应力承载能力，避免了环焊缝处的应力集中，而且，焊接层2与钢管1连接使钢管的端部加厚，可以对焊接层2的外周进行加工，方便调整钢管1端部对接的直径以及圆度，提高钢管1端部的几何尺寸精度，对接时不需要再用胀管器强力撑起管端，对接应力减小，对接效率提高。当管道受到外力发生应变时，应变分布于钢管1，不再集中在环焊缝处，使管道承受变形的能力大幅度提升，对接牢固，消除安全隐患。

作为本发明提供的油气输送管的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，焊接层2设于钢管1的内表面和/或外表面。通过将焊接层2焊接在钢管1不同的位置保证钢管1端部的强度，加强钢管1端部对应力的承载能力，该结构可以根据需要灵活的确定焊接层2的厚度，解决传统钢管1对接无法实现环焊缝高强度匹配的问题，保证钢管1端部加厚的多样性，利于加工。

作为本发明提供的油气输送管的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，焊接层2的一端与钢管1的端面平齐，另一端设有过渡段3，过渡段3与钢管1表面呈预设夹角设置。焊接层2的一端与钢管1端面形成新的端面有利于钢管1端部之间的对接；另一端设有过渡段3可以使焊接层2与钢管1的表面之间形成圆滑过渡，防止尖角的形成，避免应力集中，保证安全，由于没有尖角，也防止了外力作用在尖角时对焊接层2的损坏，保证了焊接层2的质量。

作为本发明提供的油气输送管的一种具体实施方式，请参阅图4，焊接层2远离钢管1的一侧表面为平滑的圆柱面，该圆柱面与理想圆柱面之间的径向偏差不大于2mm。该结构可以保证焊接层2的圆度，也即保证了钢管1端部的圆度，增加钢管1端部对接的质量，有效减少现场对接时因尺寸问题频繁调整或换管，提升工作效率。

作为本发明提供的油气输送管的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，预设夹角不小于120°。图中α即为预设夹角，预设夹角≥120°可以保证过渡段3的平缓程度，减少应力集中，保证钢管1的加厚部分与未加厚部分应力分布合理，保证加厚后钢管1端部的对接质量。

作为本发明提供的油气输送管的一种具体实施方式，焊接层2包含一层或多层焊接材料；焊接材料为低碳合金钢，其中各金属的质量分数为：C：0.03％-0.15％；Mn≤0.6％-2.0％；Si：0.1％-0.4％；Mo：0-0.6％；Ni：0-0.6％；Cu：0-0.3％；Cr：0-0.5％；S≤0.01；P≤0.1；B≤0.003；其余为铁和不可避免的杂质。可以直接通过一层焊接材料焊接在钢管1端部形成焊接层2，也可以分多次焊接，一次焊接可以简化加工流程，降低劳动强度，分多次加工可以优化焊接层2的质量，强化钢管1端部的承载能力；焊接材料材质的选择可以在与钢管1端部的材质形成冶金结合的时候保证两者材质在受力时的高匹配性，实现通过焊接层2增加钢管1端部的强度以及韧性。

现对本发明提供的油气输送管的制作方法进行说明。油气输送管的制作方法，包括如下步骤：根据钢管1端部的尺寸和对接焊缝需要达到的应力承载能力要求确定焊接层2的参数；在钢管1的端部内表面和/或外表面上沿钢管1的周向焊接用于使钢管1的端部厚度增加的焊接层2；对焊接层2进行精加工。

本发明提供的油气输送管的制作方法的有益效果在于：与现有技术相比，本油气输送管的制作方法在通过计算出的焊接层2的参数将焊接层2采用焊接的方式设于钢管1的端部，使钢管1端部加厚，加大两个钢管1之间的对接面积，通过焊接的方式进行连接实现了两者的冶金结合，钢管1的端部增厚可以增强钢管1端部的应力承载能力，后续的精加工可以对钢管1加厚后端部的直径以及圆度进行调节，提高钢管1端部的几何尺寸精度，保证钢管1加厚后的端部对接时的焊接效果，减少对接时的错边，提高环焊缝处的韧性及塑性，减小残余应力，对接牢固。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，根据参数在钢管1的端部内表面和/或外表面上沿钢管1的周向焊接用于使钢管1的端部厚度增加的焊接层包括：采用电弧熔化焊的方式使焊接材料在钢管1内表面和/或外表面熔化，并与钢管1端部的母材之间形成完全的冶金结合，冷却后的焊接材料形成焊接层2。采用电弧熔化焊的方式可以在高温的情况下将焊接材料与钢管1端部的材料融化，待冷却后就形成了焊接层2，焊接层2与钢管1端部的母材之间完全的冶金结合，可以加大钢管1端部的应力承载能力，使其端部的承载能力大于未加厚处的承载能力，进而保证钢管1端部通过环焊进行对接的时候的高强匹配。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，焊接材料分一次或多次焊接于钢管1端部的外周，相邻层焊接材料之间形成冶金结合。各层之间的冶金结合可以保证焊接层2与钢管1之间的结合强度，保证钢管1端部的强度与韧性。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，焊接材料的屈服强度不低于钢管1材质屈服强度最小值的70％；焊接材料的抗拉强度不低于钢管1材质抗拉强度最小值的70％；焊接材料在-10℃的环境下，夏比冲击功≥80J。保证焊接材料的强度以及韧性，从而保证钢管端部应力承载能力。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，参数包括：焊接层2的长度参数和焊接层2的厚度参数，焊接层2的长度参数为30mm～1000mm；焊接层2的厚度参数为钢管1端部厚度的20％～100％。焊接层2的长度自钢管1的端部开始计算，根据现场对接设备的情况、钢管1端部的加工量、预留量以及经济性等因素，不同的情况下的焊接层2的长度不同；焊接层2的厚度根据环焊接头与钢管1端部的匹配程度、环焊接头的应力承载水平、加工余量等计算确定，通过计算可以得到优化对钢管1端部的加厚，进而优化钢管1端部对接之间环焊缝处的连接强度。

具体地，以X70壁厚21mm的钢管为例，为了实现环焊接头与钢管母材之间的高强匹配，计算方法如下：

X70钢管的屈服强度范围：485～605Ma，抗拉强度范围：570～760MPa；

选用的环焊材料形成焊缝金属的强度为下限为485MPa，抗拉强度下限为570MPa；为实现整个管道的高强匹配，就要使环焊接头的最小屈服应力高于管道钢管本体的最大屈服应力，使环焊接头的最小抗拉应力高于钢管本体最大抗拉应力。

按照应力和面积的关系，则环焊缝的有效承载面积与钢管本体截面积之比应为605/485及760/570中的较大者，即1.34；根据截面积与壁厚的关系，管端加厚部分的厚度应为钢管本体厚度的1.34倍，即加厚层应为钢管本体厚度的34％。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，钢管1端部的直径大于400mm。钢管1端部直径范围可以覆盖大部分长输管道，钢管1的类型也比较有利于电弧融化焊的加工。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，可以采用车削或磨削的方式对焊接层2和/或钢管1的端部行加工，钢管1的端面可以加工为平端面或按要求加工出坡口具体，本发明油气输送管端部的外周长与标准值的偏差在3mm之内，本发明油气输送管端部的不圆度偏差也在3mm之内。可以减少现有钢管1端部对接错边大、对接质量差的问题，不需要再频繁调整钢管1位置以及挑选钢管1规格，减少了对接及调整时间，提高了施工效率。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，焊接层2的无损探伤符合钢管1的技术标准要求。保证焊接层2的质量，进而优化本发明油气输送管端部的承载能力。

作为本发明提供的油气输送管的制作方法的一种具体实施方式，将参阅图5，将两个钢管1的端部采用环焊连接的时候，连接接头由两个钢管1加厚后的端部以及环焊缝构成，环焊缝去除余高后的厚度大于钢管1本体的厚度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.油气输送管，其特征在于，包括：

钢管；和

焊接层，固设于所述钢管的端部，所述焊接层围绕所述钢管的轴线均匀设于所述钢管的表面。

2.如权利要求1所述的油气输送管，其特征在于，所述焊接层设于所述钢管的内表面和/或外表面。

3.如权利要求2所述的油气输送管，其特征在于，所述焊接层的一端与所述钢管的端面平齐，另一端设有过渡段，所述过渡段与所述钢管表面呈预设夹角设置。

4.如权利要求3所述的油气输送管，其特征在于，所述预设夹角不小于120°。

5.如权利要求1所述的油气输送管，其特征在于，所述焊接层包含一层或多层焊接材料；

所述焊接材料为低碳合金钢，其中各金属的质量分数为：C：0.03％-0.15％；Mn≤0.6％-2.0％；Si：0.1％-0.4％；Mo：0-0.6％；Ni：0-0.6％；Cu：0-0.3％；Cr：0-0.5％；S≤0.01；P≤0.1；B≤0.003；其余为铁和不可避免的杂质。

6.油气输送管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据所述钢管端部的尺寸和对接焊缝需要达到的应力承载能力要求确定所述焊接层的参数；

根据所述参数在所述钢管的端部内表面和/或外表面上沿所述钢管的周向焊接用于使所述钢管的端部厚度增加的所述焊接层；

对所述焊接层进行精加工。

7.如权利要求6所述的油气输送管的制作方法，其特征在于，根据所述参数在所述钢管的端部内表面和/或外表面上沿所述钢管的周向焊接用于使所述钢管的端部厚度增加的所述焊接层包括：

采用电弧熔化焊的方式使所述焊接材料在所述钢管内表面和/或外表面熔化，并与所述钢管端部的母材之间形成完全的冶金结合，冷却后的所述焊接材料形成所述焊接层。

8.如权利要求7所述的油气输送管的制作方法，其特征在于，所述焊接材料分一次或多次焊接于所述钢管端部的外周，相邻焊接材料之间形成完全的冶金结合。

9.如权利要求8所述的油气输送管的制作方法，其特征在于，所述焊接材料的屈服强度不低于所述钢管材质屈服强度最小值的70％；所述焊接材料的抗拉强度不低于所述钢管材质抗拉强度最小值的70％；所述焊接材料在-10℃的环境下，夏比冲击功≥80J。

10.如权利要求6所述的油气输送管的制作方法，其特征在于，所述参数包括：

所述焊接层的长度参数为：30mm～1000mm；和

所述焊接层的厚度参数为：所述钢管端部厚度的20％～100％。

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