材控专业毕业论文(编辑修改稿)

材控专业毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

406mm，生产的焊管质量较好，产量适中。 制造工艺分析 PFP 逐步折弯成形与 RBE 辊弯成形法比较，两者的特点大体相同，但 PFP 法生产的焊管直径可小于 406mm，这一点是 RBE 法所做不到的， PFP法生产线具 有更强的市场适应能力。 PFP 法投资在 6500～ 8000 万元左右。 PFP 法成型机组比 C 成型法主机机组简单。 在我国大口径直缝埋弧焊管设备目前空白的情况下，对于国内第一条新建机组来说，选择 PFP 成型机更为有利。 PFP 法大口径直缝埋弧焊管生产线工艺 板材超声波探伤 → 铣边 → 预弯 → 成形 → 合缝预焊 → 内焊 → 外焊 → 超声波探伤材控专业毕业论文 12 →X 射线探伤 → 扩径 → 整圆 → 水压试验 → 超声波探伤 →X 射线探伤 → 平头倒角 → 磁粉探伤 → 称重测长 → 标记出厂。 大直缝埋弧焊管产品规格 ： 壁厚 ： 6mm～ ；管径： Φ406mm ～ Φ 1200mm；长度： 8000mm～ 12020mm；材质： X42～ X120。 螺旋焊管与 直缝焊管 技术特性比较 [4] 材料的冶金性能 直缝埋弧焊管是用钢板生产的，而螺旋焊管是用热轧卷板生产的。 热轧带钢机组轧制工艺具有一系列的优点，具有获得生产优质管线钢的冶金工艺能力。 例如，在输出台架上装有水冷却系统以加速冷却，这就允许使用低合金成分来达到特殊的强度等级和低温 韧性，从而改进钢材的可焊性。 但这一系统在钢板生产厂基本没有。 卷板的合金含量 (碳当量 )往往低于相似等级的钢板，这也提高了螺旋焊管的可焊性。 更需要说明的是，由于螺旋焊管的卷板轧制方向不是垂直钢管轴线方向 (其夹解取决于钢管的螺旋角 )，而 直缝钢管 的钢板轧制方向 垂直于钢管轴线方向，因而，螺旋焊管材料的抗裂性能优于直缝钢管。 焊接工艺 从焊接工艺而言，螺旋焊管与直缝钢管的 焊接方法一致，但直缝焊管不可避免地会有很多的丁字焊缝，因此存在焊接缺陷的机率也大大提高，而且丁字焊缝处的焊接残余应力较大，焊缝金属往往处于三向应力状态，增加了产生裂纹的可能性。 而且，根据埋弧焊的工艺规定，每条焊缝均应有引弧处和熄弧处，但每根直缝焊管在焊接环缝时，无法达到该条件，由此在熄弧处可能有较多的焊接缺陷。 强度特点 管子在承受内压时，通常在管壁上产生两种主要应力，即径向应力 δY 和轴向应力 δX。 焊缝处合成应力 δ=δY(l/4sin2α+cos2α)1/2 ，其中， α 为螺旋焊管焊缝的螺旋角。 螺旋焊管焊缝的螺旋角一般为 5075 度，因此螺旋焊缝处合成应力是直缝焊管主应力的 6085%。 在相同工作压力下，同一管径的螺旋焊管比直缝焊管壁厚可减小。 根据以上特点可知： ① 螺旋焊管发生爆破时，由于焊缝所受正应力与合成应力比较小，爆破口一般不会起源于螺旋焊缝处，其安全性比直缝焊管高。 材控专业毕业论文 13 ② 当螺旋焊缝附近存在与之相平行的缺陷时，由于螺旋焊缝受力较小，故其扩展的危险性不如直焊缝大。 ③ 由于径向应力是存在于钢管上的最大应力，所以焊缝处于垂直应力这一方向时承受最大载荷。 即直缝承受的载荷最大，环向焊缝承 受的载荷最小，螺旋缝介于二者之间。 静压爆破强度 经有关对比试验，验证了螺旋焊管与直缝焊管的屈服压力与爆破压力实测值和理论值基本吻合，偏差接近。 但无论是屈服压力还是爆破压力，螺旋焊管均低于直缝焊管。 爆破试验还显示出螺旋焊管爆破口的环向变形率明显大于直缝焊管。 由此证实，螺旋焊管的塑性变形能力优于直缝焊管，爆破口一般只局限于一个螺距内，这是螺旋焊缝对裂口的扩展起了有力的约束作用所致。 韧性和疲劳强度 管道发展的趋势是大口径、高强度。 随着钢管直径的加大、所用钢级的提高，产生韧性断裂尖稳 扩展的趋势越大。 根据美国有关研究机构的试验表明，螺旋焊管与直缝焊管虽然同为一个级别，但螺旋焊管具有较高的冲击韧性。 输送管线由于输量的变化，在实际操作过程中，钢管是承受随机交变载荷的作用。 了解钢管的低循环疲劳强度，对判断管线的使用寿命具有重要的意义。 按测定结果，螺旋焊管的疲劳强度与 无缝管 和电阻焊管相同，试验的数据与无缝管和电阻管分布在同一区内，而比一般的埋弧直缝焊管要高。 现场可焊性 现场的可焊性主要是由钢管的材质和端口配合尺寸公差决定的。 考虑到钢管安装施工的要求，钢管加工生产的连续性的和外形几何尺寸的一致性尤为重要。 螺旋焊管的生产是基本上在同一工况条件下稳定的连续流程：而直缝焊管制作工序是分段的，包括整板 /压头 /预卷 /点焊 /焊接 /精整 /组对等多道工序过程。 这是螺旋焊管生产区别于直缝焊管生产的重要特征。 稳定的生产工况非常便于焊接质量的控制和几何尺寸的保证。 由于螺旋焊管管型规整、焊缝均匀分布，相对于直缝焊管， 螺旋钢管 有非常好的管口椭圆度和端面垂直度，保证了现场钢管焊接组对时的组对精度。 对输送介质流动特性的影响 输送管线中的压降和管子的长度、流体粘滞系数、流体速度、流体阻力系数都成正比，而和管子的内径成反比。 而流体阻力系数既与雷诺数有关，又与管子内壁表面的粗糙度有关。 经测定，管子内壁表面的粗糙度所起的影响要比局部隆起的面积 (如螺旋形的焊缝或纵长的焊缝、甚至包括内环形焊缝 )所起的影响大十倍。 材控专业毕业论文 14 生产与管理 螺旋焊缝钢管的生产能体现出优质高效的优势。 一台螺旋焊管机组的生产量相当于 58 台直缝焊管设备，如何使多台卷管设备生产线都能够达到同一制作标准，即按统一的生产工艺规范和质量保证体系生产以满足焊接质量要求与管道制造等级将是一项繁重的工作。 多头生产势比增加工程管理与质量监督的工程量。 多台直缝卷管机组及相应的焊接设备，其操作人员的操作技能、质量意识、分布的点和控制程序的差异将带来生产管理、计划进度、检查验收、交付协调等方面的诸多困难，极易造成管理与协调上的忙乱和生产厂家与施工单位的质量推诿。 直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。 螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。 但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加 30～100％，而且生产速度较低。 质量保证 按照螺旋焊管生产标准的规定，螺旋焊缝钢管的主要检验 /控制项目包括： 外形尺寸：钢管外径、壁厚、椭圆度、弯曲度、管端垂直度、 长度外观质量：焊缝余高、错边、钢管表面、分层、夹杂、焊缝缺陷判定 、化学成分 、 焊接接头拉伸试验 、 静水压试验 、 酸蚀检验 、 无损检验。 一般 螺旋焊管机组均采用在线连续检验方式来保证焊缝的的焊接质量，这是螺旋焊管生产区别于直缝焊管生产的另一重要特征。 连续检验有利于焊接缺陷的监控、焊接质量的稳定、焊接等级的保证。 由于生产工艺的限制，直缝焊管极难实现连续不间断检验。 这将使焊接隐患与质量问题的出现机率增加，甚至影响将来管线运行的整体工作可靠性。 生产资质 螺旋焊管生产厂家应持有国家颁发的工业产品生产许可证。 许可证制度要求螺旋焊管的生产厂家首先应通过国家认定的权威检定机构的审查考核，具备相应的生产手段、检验设备，质量保证体系运行良好有效，产 品应符合国家标准的等级和质量规范的要求，经国家工业产品生产许可证办公室确认后发证。 所以螺旋焊管生产厂家均有较为完善的质量保证体系和质量控制的运作程序。 价格分析 由于热轧卷板的材质技术性能和生产技术工艺要求较高，故一方面国内符合标准的生产厂家比钢板生产厂家要少，另一方面其生产工艺和品质等级决定其市场价位亦高于热轧钢板。 这是螺旋焊管的市场售价高于直缝焊管的主要原因。 对于钢管销售价格的组成，材料价格是主导甚至是决定性因素。 材控专业毕业论文 15 分析与总结 认真考察螺旋焊管与直缝焊管的 上述各方面和其 价格差异，螺旋 焊管的价位略高于直缝焊管是由于生产主材的价格差异所致。 然而钢管制作仅只是项目工程的一部份，若考虑到工程整体质量、项目综合造价等因素，螺旋焊管仍具有整体优势。 故选用 X120 的螺旋焊管作为本次设计的输气管道用管。 材控专业毕业论文 16 5 长输管道的施工工艺流程 由于管道输送介质的不同、施工方法的不同、施工地形的不同、施工工艺流程存在着一定的差异。 如长输管道一般地段的施工是先进行管道的组装焊接，后进行管沟的开挖，而石方地段、山区地段， 由于管沟的爆破和管道整体困难等原因，则是采用先开管沟，后组装焊接的工序。 还有输送气体介质的管道，需对管道进行干燥处理，而输送液体的管道一般不需对管道进行干燥处理。 常规长输管道施工的工艺流程如 图 所示。 No Yes 图 长输管道施工工艺流程 [5] 工序中，对于管线施工的几个重要环节要严加控制。 即管道的防腐质量，管道的焊接质量，管道的埋深质量，管线的测径和耐压试验质量，这几个环节控制好了，整个工 程质量才有保证，所以管道施工的每一个工序都要认真做好，做到上道工序为下道工序服务，上道工序为下道工序的顺利施工和质量提供保证。 焊接管道的组装质量，是保证焊接质量的前提。 管道组对前，要对管道内进行清扫，对管端内、外 20mm 范围内及坡口内的油污和锈蚀要清除干净，露出金属光泽， 组对时严格控制管口错边 量。 管道的组装采用内对口器组对。 外对口器只限于起伏较大，设备不能靠近的山地和管线连头使用。 外对口器对口速度慢。 要采用定位焊才能保证焊接质量，没有内对口器，业主和监理也不会允许施工。 内对口器的操作人员要对内对口器的操作 和使用进行训练，了解其性能和操作要领。 对口器使用前要对胀块进行调整。 要使用管道对口的专用内对口器，以保证其对口的质量和速度。 在没有挖沟的地段进行管道组装时，要平等于管沟中心线，以方便管沟开挖。 如果组对的管线沿管沟中心线来回摆动，会影响焊口的质量。 [6] 施工准备 测量放线 钢管拉运 组装 无损检测 焊缝返修 竣工 布管 焊接 外观检查 连头 回填 清管 试压 补口、补伤 管沟开挖 合格否 材控专业毕业论文 17 6 模拟焊件的实验方案 X120 钢抗裂性研究 在焊接热循环的作用下，焊缝及 HAZ 金属由于组织、性能发生变化，内应力作用及扩散氢的影响，就可能发生冷裂纹。 本文采用斜 Y 型坡口焊接裂纹试验方法评价 X120 管线钢常用根焊方法的焊缝及 HAZ 冷裂倾向。 采 用插销冷裂纹试验方法考核 X120 管线钢的氢致延迟裂纹敏感性，并对斜 Y 型坡口焊接裂纹试验的试验结果加以验证 [7]。 首先，应用冷裂纹判据计算公式，分析计算 X120 管线钢的冷裂纹敏感系数和预热温度，然后结合工程中采用的焊接施工实际情况 ， 设定斜 Y 型坡口焊接裂纹试验和插销冷裂纹试验的试验温度。 斜 Y 型坡口焊接裂纹试验 试验过程按照《斜 Y 型坡口焊接裂纹试验方法》的有关规定进行。 试件采用X80 管线钢板，厚度为 ，坡口加工采用机械切削加工。 试样的形状、尺寸要求 如图 61 所示。 图 61 斜 Y 型坡口焊接裂纹试验试板组焊及取样位置图 首先组对试件，在焊接试验部位双面点固焊保证试件间隙。 然后，焊接拘束焊缝。 拘束焊缝的焊接采用 GB/T 5117 E5015Φ。 首先从背面焊第一层，然后再焊接正面一侧的第一层。 焊接过程中注意不要产生角变形及未焊透，后面各层正面和背面交替焊接，直至焊完。 最后焊接试验 焊缝。 试验焊缝焊接之前应将坡口两侧的飞溅物、油、锈 等物质清除干净。 焊接时应在坡口外引弧，收弧也应离开坡口。 焊前应采用不同的预热温度对试件进行预热。 焊后的试件经材控专业毕业论文 18 过 48h 以后进行解剖和检测。 用放大镜目测检查焊缝表面裂纹，并按式 61 计算出表面裂纹率。 沿焊缝长度方向均匀截取成 6段， 试件截取方法如 图 62 所示。 图 62斜 Y 坡口焊接裂纹试件的断面截取方法 检查 5 个横断面的裂纹情况，并按式 （ 62） 计算出断面裂纹率。 61 式中：∑ Lf 是表面裂纹长度之和（ mm）； L 是试验焊缝 长度（ mm）。 62 式中∑ Hs 是 5个断面上裂纹深度之和（ mm）；∑ H是 5个断面试验焊缝最小厚度之和。 全焊缝金属拉伸试验 试验设备： WAW600B 型微机控制电液伺服万能试验机 制取试样：样坯从环焊接头 0 点位置平行于焊缝轴线截取，制样可通过火焰切割的方法切取大块，样坯不展平，采用机械加。