[发明专利]高压焊接管道裂纹扩展限制器及其制作方法

说明书

本发明涉及压力干管的结构，更确切地说涉及高压焊接管道裂纹扩展限制器及其制作方法。

众所周知的裂纹扩展限制器结构是与管道直径相同的轮箍或钢索环。轮箍或钢索环接受裂纹运动时释放出来的弹性能，阻止裂纹棱开裂，从而为改变裂纹运动轨线，即变纵向运动为螺旋形运动并继而使裂纹止动创造条件。

但是，裂纹扩展限制器的所有这些结构，使制造管道本身的工艺大大复杂化，且提高了管道的成本。

还有一种高压焊接管道裂纹扩展限制器，这种限制器是用多层薄板按管道直径制成的圆柱形管，至少在一处薄板上有与裂纹的预期方向成角度的一些切口（US，A，4.383556）。

在煤气干线管道中产生并发展到裂纹多层限制器上的破裂，途中遇到限制器层中的切口，在其一端终止后，不会在另一端立即开始。

但是，在这种限制器的多层壁中没有层与层之间的接合。实际上，限制器的壁是由一些单个的薄板组合而成。这种结构由于层间有间隙给同管道主要管子的焊接带来困难，这会导致端部疏松，间隙中渗入非金属夹杂物和异物。需要在限制器的端面焊接上实壁连管，这会降低使用这种限制器的效能。切口的存在会降低限制器壁的强度。

此外，限制器的线性尺寸，它的长度受用来制造裂纹扩展限制器的扁材宽度的制约。

最后，还有一种高压焊接管道裂纹扩展限制器，这种限制器是按管道直径制成的一段圆柱形管，管内至少有一个与裂纹扩展的预期方向成角度的构件。这种限制器的壁是多层的，至少在壁的一个内层上有一个构件，即与限制器纵轴成角度的长切口。限制器的端缘具有整体式结构，可毫不困难地将其同管道的主要管子焊接在一起。

这种限制器的制作方法也是人所共知的，即炼出钢锭，将炼出的钢锭热轧成限制器的板坯，在板坯上至少形成一个同板坯的一个方向成角度的构件，然后用板坯按裂纹限制器所需几何尺寸制成焊接管（PCT）SU    84（00016）。

以上述方法制造的裂纹限制器是一个至少其中一层的密实性受人为断裂的多层结构。根据这一方法，首先用多层板坯制造直径小于而壁厚大于所需限制器最终几何尺寸的焊接管，然后将其加热，在扩径机床上将整个焊接管扩径，使之达到裂纹限制器的最终几何尺寸，在扩径过程中各层焊接到一起。

这种制造裂纹限制器的方法可把单个的层焊接到一起，形成整体式边缘。

但是，以这种方法制造的限制器，同上面已描述的方法一样，由于存在减弱限制器壁强度的切口，具有降低了的刚度。

这种方法不能取得保证限制器同管道管子同心性的准确几何尺寸。

这使建设管道时的安装作业和工艺操作（运输、焊接管子、覆盖绝缘层）复杂化。这一方法的特点是劳动量大，需有贵重、复杂的设备来为管道多层板坯扩径。

本发明的基本任务是制造这样一种高压焊接管道裂纹扩展限制器，这种限制器壁的强度不低于管道主要管子的强度，且能保证可靠地消除沿管道纵向扩展的裂纹，同时创立一种制造这种限制器的方法，使之能够不用贵重设备即可获得具有确切规定的几何尺寸的限制器。

本发明的实质在于，在高压焊接管道裂纹扩展限制器中，这种限制器是按管道直径制成的一段圆柱形管，圆柱形管内至少有一个与裂纹扩展的预期方向成角度的构件，根据发明，构件是一个由强度至少等于管子材料强度的材料制成的垫块，垫块具有长条形状和厚度h≧0.3H，这里的H是管壁厚度，垫块的位置是垫块在与管子对称轴相垂直的平面上的投影呈现同管子同心的环，而且垫块同管子材料沿贴合面的接合强度P为0＜P＜δ_T，这里的δ_T是管子材料的屈服点。

垫块既可用管子材料，也可用强度大于管子材料强度的其他材料，例如用奥氏体钢、陶瓷制作。垫块亦可是带有同管子对称轴相垂直的层的多层结构。

本发明的实质在于，在高压管道裂纹扩展限制器的制作方法中，这一制作方法是炼出钢锭、热轧钢锭以制造裂纹限制器的板坯、板坯上至少形成一个同板坯的一个方向成角度的构件、用板坯按裂纹限制器所需几何尺寸制成焊接管，根据本发明，形成构件是在浇注钢水前至少把一个垫块装入铸型炼制钢锭的阶段实现，这一垫块材料的强度至少等于浇铸钢锭材料的强度，垫块具有长条形状和厚度h₁≧0.3H_I，这里的H_I系炼出钢锭的厚度，而在用板坯制作焊接管过程中使板坯成形时，要使长条垫块的端面处于需要焊接的板坯边缘。