管道环焊缝强度与韧性匹配及对其安全性的影响

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管线失效事故调查表明，焊缝是长输管线的一个薄弱环节。据四川气田1970-1990年输气管线断裂事故统计资料表明，焊接区开裂占失效事故总数的72%。特别是达卧线，从1986年10月至1996年12月共发生30次破裂事故，其中27次起裂于管道环焊缝。可见，环焊缝的质量和安全可靠性对管线运行至关重要。通过对管线钢管焊缝以及环焊缝不同匹配形式的研究，搞清楚匹配方式对焊缝质量的影响规律，研究非等匹配形成的性能梯度差异对焊缝中裂纹扩展驱动力大小的影响以及对各种缺陷临界尺寸的影响，对于提高焊缝质量，加强焊缝部位缺陷检测以及安全保障等具有重要的意义。     对于低中强度钢级的管线钢管，一般采用高匹配的焊缝焊接技术，均能满足管线的安全使用要求。但是对于岛钢级管线钢管，如果仍然要求满足焊缝高匹配，则不仅需要开发更高钢级的焊接材料，而且由于管体与焊缝的强度过高而导致可焊性下降，以及管线铺设现场施工效率下降；同时高强度的焊缝也使其氢致开裂及应力腐蚀开裂敏感性增加，对其韧性也将受到一定程度的损害。因而在进行管线设计，特别是进行高钢级管线(X70以上钢级)设计时，究竟是采用高距配还是低匹配，以及时管线安全性的影响，是现代管线设计领域一个亟待解决的问题。     传统的管线设计足以应力分析为主进行的，要求管线焊缝强度比母材要高，如果没有趣标缺陷，一般比较保守和偏于安全；近年来，在对管线进行环焊缝设计分析时，发展了以“适用性”为原则的实际分析方法，采用断裂与失稳双判据法进行管线设计和安全评价，如PD - 6493、CEGB - R6、API - 579以及CSA - 2184等。对于管线在承受较大的轴向应变（如地震、地层下陷以及冻土层的移动等）的情况，发展了以应变为基础(strain - based)的管线设计方法，综合考虑了管线的应变情况、材料韧性以及不同强度匹配情况下的缺陷容限尺寸大小，能够将管线设计应力从60%提高到80%，甚至更高，能够容许的缺陷尺寸也大大提高，从而大大提高了管线的运行压力和输送效率，降低了管线的运行维护成本，同时对地震和地层移动等外界环境变化也具备了一定的抵抗能力。     近20年来，世界上许多国家尤其是加拿大、日本以及英国、德国等欧洲国家，在长输管线焊接接头尤其是环焊接头强度匹配方面进行了大量的研究工作，国内也进行了相关研究，取得了，一些初步成果。但是在一些重要的领域，特别是对高强度管线钢匹配方式对焊缝质量的影响规律，不等匹配形成的性能梯度差异对焊缝中裂纹扩展驱动力大小的影响以及对各种缺陷临界缺陷尺寸的影响，强度匹配选择及其对管线服役安全可靠性的影响等方面，还有很多问题有待研究。随着国内高强度X70、X80钢级管线钢管的应用，这些问题变得比较突出，亟待进行研究，以便形成共识，促进高钢级管线钢管的正确和合理使用，保障使用安全。