[发明专利]油气集输用双金属复合管环焊接头缺陷预测与控制方法

说明书

油气集输用双金属复合管环焊接头缺陷预测与控制方法，基于实际的焊接缺陷发生情况大数据，综合机器学习和优化设计理论方法，分别采用分类算法、回归算法或聚类算法，建立由焊接工艺参数作为因变量、焊接各类缺陷数据作为变量的双金属管焊接缺陷预测模型，然后采用遗传算法实施优化即可。本发明结合现场焊接工艺参数及缺陷检测分布数据统计，通过蒙特卡洛模拟建立焊缝缺陷预测模型，根据兼顾质量与成本的考虑建立预期缺陷控制指标，采用遗传算法，以预期焊缝缺陷控制指标为优化目标，以焊接工艺参数为优化设计参数，进行优化计算，得到对控制缺陷发生的焊接工艺参数优化结果，从而可以提高焊缝缺陷发生预测的准确度，有效控制缺陷的发生概率。

技术领域

本发明涉及石油天然气集输装备技术领域，特别涉及油气集输用双金属复合管环焊接头缺陷预测与控制方法。

背景技术

双金属复合钢管基本原理：外基管负责承压和管道刚性支撑的作用，内衬管承担耐腐蚀的作用。油气田集输用双金属复合管通常采用机械滚压法、爆炸复合法、拉拔复合法及液压复合法制造。集输管线通过现场焊接方式连接，现场环焊缝是管道完整性的薄弱环节，其焊缝质量严重影响集输管线的服役安全。双金属集输管现场焊接主要质量缺陷包括以下几个方面：肉眼或低倍放大镜能检测到的且位于焊缝表面的缺陷，如焊缝尺寸不符规范、咬边、焊瘤、弧坑、表面气孔、夹渣、表面裂纹等；必须用破坏性试验或专门的无损检测方法才能发现的管材内部缺陷，如气孔、夹渣、内部裂纹、未焊透、未溶合等。每种类型的焊接缺陷产生受多种因素的复杂耦合影响，如：导致焊缝尺寸缺陷的因素包括，焊缝坡口加工平直度较差、坡口角度不当、装配间隙大小不均、焊接电流过大造成焊条熔化过快、电流过小造成焊条粘合等；咬边的导致因素有，焊接电流过大、电弧过长、焊条角度掌握不合适、运条的速度不当等；裂纹的影响因素有，焊缝热影响区收缩后产生大的应力、母材含淬硬组织较多导致冷却后易生裂纹、焊缝中氢浓度偏高、其他有害元素杂质影响等；弧坑产生主要原因有，焊接终了时熄弧时间过短等；夹渣原因有，焊缝母材清理不干净、焊接电流过小、熔化金属凝固过快、熔渣来不及浮出等；气孔原因有，焊条本身低劣、焊条受潮未按规定要求烘干、焊条药皮变质或剥落、焊芯锈蚀等；弧疤产生原因有，焊接操作不规范，维护工具不到位等；未焊透的原因包括，坡口的角度或组对的间隙过小、坡口两侧及层间焊未清理干净的氧化物及熔渣阻碍金属间充分熔合、选用焊接电流过大导致焊条先于母材熔化、选用过小电流时运条的速度过快、焊条的角度不正确导致熔化偏向一侧而形成局部未焊透等。除了上述之外，一些双金属管焊接过程中的特殊缺陷产生原因复杂难测，如：焊接过程基层碳含量高于衬层，使衬层受到基层的稀释作用，造成焊缝奥氏体形成元素减少和含碳量增加，易产生结晶裂纹；焊接热作用使复合材料局部熔化，合金元素渗入焊缝，易在熔合线附近产生马氏体组织，从而造成焊缝熔合区脆化。

现有技术中往往通过焊接现场工艺试错进行反复调整与优化，导致工程实践中焊接缺陷产生原因难找、规避措施缺乏。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了油气集输用双金属复合管环焊接头缺陷预测与控制方法，以提高焊接缺陷发生预测的准确度，有效控制焊接缺陷产生。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

油气集输用双金属复合管环焊接头缺陷预测与控制方法，基于实际的焊接缺陷发生情况大数据，综合机器学习和优化设计理论方法，根据不同的焊接缺陷，分别采用分类算法、回归算法或聚类算法，建立由焊接工艺参数作为因变量、焊接各类缺陷数据作为变量的双金属管焊接缺陷预测模型，然后采用遗传算法实施优化，实现油气集输用双金属复合管环焊接头焊接缺陷的预测与控制。