[发明专利]增强应变性能的管道焊接

说明书

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求2005年12月22日提交的申请序号为No.60/752,785的美国临时专利申请的权益。

技术领域

[0002]本技术一般涉及焊接方法和设备。具体地，本技术涉及为了增强应变能力而对管道内的成段管材进行焊接的方法。

背景技术

[0003]本部分的目的在于给读者介绍可能与下文中说明和/或要求保护的本技术的举例性实施例有关的技术的各个方面。应相信这种讨论有助于给读者提供信息以帮助其更好地理解本技术的具体方面。因此，应理解成以此对这些说明进行理解，而没有必要将其当作是对现有技术的认可。

[0004]例如石油和天然气等碳氢化合物的生产已经进行了很多年了。为了生产这些碳氢化合物，具有代表性地钻探油田里的一个或多个井深入到地下位置，该地下位置通常作为地层、盆地或储层被提及。使用管道或管线以将碳氢化合物从井传输到地面设备以进行处理，或从地面设备传输到其他的位置。这些管道具有代表性地由在焊接接缝处被焊接在一起的成段管材形成，以形成供各种产物通过的连续流通通道。这样，这些管道为例如石油、天然气、水和煤浆等产物提供了流体传输系统。

[0005]通常，管道会受到可使其损坏或断裂的各种力的影响。最近，对石油和天然气的需求的增加已提供了在带有大地面变形的地理区域放置管道的一个重要的诱因。在这些区域放置管道给工程学在过去没有重视到的和接触到的管道强度和耐久性上带来了挑战。这些大地面变形可发生在例如围绕断层线等的地震区域，或北极区域。在这些区域，管道会受到因地面结冰/融化而发生的隆起或下降的地面运动以及/或者因地震事件而发生的大的水平线上的地面运动的影响。因为这些地面运动，位于地面上或地面下的管道受到可打乱流体流动的张力的影响。此外，可将例如由力控制的负荷情况等各种负荷情况作为内在应力和外在应力施加于管道上。特别是，如果主要由力控制的负荷情况来影响管道，那么许用应力设计方法被使用以确保将管道内的应力保持低于管道材料的屈服强度。

[0006]此外，因为成段管材被焊接在一起，在成段管材之间或在成段管材和辅助配件之间的焊接接缝提供了对这些力敏感的薄弱点，这些辅助配件例如管材的弯曲处或边缘等。例如，在两个成段管材之间的焊接接缝可产生裂缝而使管道不牢固。如果焊接接缝有了裂缝，那么因为负荷情况或地面运动可使管道在焊接接缝处出现故障。因此，成段管材的焊接接缝必须被设计成具有足够强度和断裂韧性以防止焊接接缝出现故障。

[0007]很多现有方法中没有为管道的塑性变形提供准备。因此，放置于具有大地面变形的地区中的管道设计，使用了以应力为基础的设计方法。因此，之前已经对涉及到的形成各种堆焊层的各种方法进行了说明，这些堆焊层被设计成解决在焊接接缝周围的断裂。但是，这些方法中并没有涉及当被置于较大的变形负荷下时在具有裂纹的结构构件中对塑性破坏的敏感性，其中通过例如成段管材等结构构件的厚度这些负荷可以累积成总塑性。实际上，这些方法没有能够解决可如何处理焊缝加强的几何构形以增强焊接管道的拉伸应变能力的问题。

[0008]在Hanneman等人的序号为4,049,186的美国专利(Hanneman)中和Yoshida等人的序号为4,585,917的美国专利(Yoshida)中对现有焊接方法进行了更为详细的说明。在Hanneman中，专利权人关注的是核反应堆水线内的焊接管材中的应力腐蚀。Hanneman使用堆焊以便使焊接约束区延伸超过热影响区，以减少焊接管道断裂的应力腐蚀裂纹并防止塑性变形。在Yoshida中，专利权人描述了一种可降低焊接管材接缝中的残余应力的焊接方法。基于管道的相关几何构形计算出堆焊高度和长度以降低残余应力。

[0009]因此，存在对一种用于增强成段管材的焊接接缝的应变能力的方法和设备的需要。