[实用新型]一种焊接钢管焊缝余高控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及管道设备加工与检测技术领域，尤其是涉及一种焊接钢管焊缝余高控制装置。

背景技术

焊接钢管焊缝余高焊接钢管焊缝形状中较为严格的控制指标，因为余高对焊缝质量以及焊管服役的影响是至关重要的。对其焊接质量的评价，首先是看内、外焊缝的余高及其形状控制得好不好，焊缝流线是否规整等。焊缝余高大且不是圆滑过渡(即转角半径小)，则焊缝焊趾部位的应力集中系数大，对抗硫化氢应力腐蚀开裂(SSC)不利。此外，外焊缝的余高大，会给管子的防腐作业增加难度，成本增高；内焊的余高较大，则对管道输送介质的摩擦阻力大，管输耗能也就大。因此，在生产埋弧焊管时，必须控制内、外焊缝的余高。

1、焊缝余高控制的重要性

(1)余高对焊缝性能的影响

余高是引起焊接接头应力集中的主要因素，应力集中又会造成服役条件下管道的疲劳破坏。因为焊缝余高过大会在焊趾处产生较大的应力集中，如图1所示，可以看出焊趾处应力最大。余高愈大，应力集中程度越严重，此时的焊接接头强度反而会下降。若焊后削平余高，或者焊趾处局部机械加工，消除或者减小应力集中，有时反而可以提高焊接接头的强度，尤其是对动载荷强度的影响更大。

埋弧焊管的焊缝均为对接接头的焊缝，如果不控制好焊缝余高，则焊趾处的应力就大，以致焊管在服役过程尤其是在腐蚀介质中，如H2S水溶液、海水、海洋大气等，易在焊趾处产生应力腐蚀裂纹。

(2)余高对焊管防腐的影响

3PE防腐是目前广泛采用的钢质管道外防腐技术，但在螺旋焊缝焊管涂敷过程中，由于受到焊缝几何形状的影响，防腐层可能会出现薄厚不均的现象，这将影响防腐管道的寿命。在GB/T23257-2009标准中明确规定焊接处防腐层最小厚度不能小于管体防腐层厚度的70％。因为焊缝是焊接钢管的凸出部位，而计算防腐层厚度的基点应该是余高的顶点，为了达到焊缝防腐层所规定的厚度而增加整个管体防腐层的厚度，将会造成生产成本的提高。为了保证防腐质量并降低防腐成本，首要的措施是降低余高。

(3)外焊缝余高过大对水压扩径后管形的影响

直缝埋弧焊管在水压扩径时，是通过内腔与钢管扩径尺寸一致的左、右两部分外模将钢管包住的，因此，焊缝的余高过大，在扩径时焊缝承受的剪应力就大，焊缝两侧就易出现“小直边”现象。但经验证明，当外焊缝的余高控制在2mm左右时，水压扩径时不会出现“小直边”现象，管形不会受到影响。这是因为外焊缝的余高小，焊接接头所承受的剪应力也小。只要这种剪应力在弹性变形范围内，卸载后产生回弹，管子就会恢复原状。

(4)内焊缝余高过大增加输送介质的能源损失

输送用埋弧焊管内表面若未做涂层防腐处理时，其内焊缝的余高大，则对输送介质的摩擦阻力也大，由此将使输送管线的能耗增加。

由于余高是影响钢管质量及防腐质量、成本的重要因素。在焊管制造标准对余高都有严格的要求，在标准API5L和GB/T9711中规定余高应分别小于等于3.18mm和3mm，在西气东输管线建设中，凡是进行外防腐的管线，在钢管制造时，均要求余高控制在2.5mm以内。目前有个别厂家将余高控制在1.8mm左右。由此看来，对余高的控制愈来愈严格是焊管技术发展的一种趋势，所以对其做出较为准确的控制是很有必要的。

2、焊缝余高测量控制

GB/T3375-1994《焊接术语》中对焊缝余高的定义为：超出母材表面连线上面的那部分焊缝金属的最大高度。该标准还给出了理想状况下平板对接接头焊缝余高的示意图，如图2所示^[2]。

《焊接术语》中的“母材表面连线”不能单纯理解为直线，对于圆筒形焊接钢管或压力容器母材表面连线应该为沿钢管圆周的弧线(纵向直焊缝钢管)或者空间曲线(螺旋缝焊管)。圆筒形焊接钢管焊缝余高示意图如图3所示：

目前，国内对焊接钢管焊缝余高的测量使用焊接检验尺由人工来进行，即检验人员在钢管固定部位(如钢管两端、钢管中间部位)进行分段测量，即测量只能是“局部”、“静态”测量。

焊检尺是为平板对接焊缝设计的，用其测量焊管焊缝余高时，即使焊缝余高为零，测量尺也有一小的读数，如图4所示，从而导致测量误差，尤其是对小直径焊管或大跨距焊检尺，误差更大。

使用焊接检验尺测量焊接钢管外焊缝余高的通用方法有两种，其示意图如图5所示：

由图4和图5可以看出，用方法a测量直缝焊管余高时，测量值和焊缝余高实际值是不相符的，即测量值大于焊缝真实高度，焊缝的真实余高应为：h＝h′-Δ其中Δ为误差值，Δ＝b，h′为测量值，由图5可得：