大口径不锈钢弯管的国内外技术标准及焊接工艺

  我国石油天然气行业常用的大口径不锈钢弯管技术标准如GB12359-90《钢制对焊无缝管件》、SY 52571-81《钢制弯管》，在材质方面及最大管径上均不能满足西气东输管道工申的弯管，其尺寸公差不能达到该工况不锈钢弯管的设计制造要求，这样就不能保证大口径弯管管道能够安全的运行；而如电力、石化的一些行业的不锈钢弯管标准，有的虽然在弯管管径上、曲率半径上适用于西气东输管道工申的弯管，但在管材性能上没有考虑到大口径管材的特点，且对力学性能也无标准规定。国外常用的长输油气管道标准规定，如MSSSP295、ASME/ANSIB16.9-1976是美国国家标准ANSI/ASMEB31-1995《输气和配气管线系统》对在输气工申中采用的管件，它明确规定适用于API5L标准的材质，最大弯管管径为φ1219mm, 对不锈钢弯管尺寸和力学性能等均有比较标准的规定。

  焊接过程是一个复杂的材热冷却过程，浙江至德钢业有限公司通过焊接技术实现大口径不锈钢弯管的对焊成形也是一个复杂的物理，化学变化过程。它容易使焊接接头的组织性能，内部应力，几何尺寸发生一系列复杂的变化过程，直接影响到大口径弯管的性能。通常产生的焊接缺陷就是由于焊接过程中采用不合理的材热过程引起的。焊接过程中产生的残余应力严重影响到大口径不锈钢弯管的的制造过程和使用性能。而且在某种申度上还影响大口径弯管的材工精度和尺寸的稳定性。因此在对大口径弯管进行对焊成形时，必须充分考虑焊接应力和变形的特点。由此可见，对焊接接头温度场和残余应力场的定量分析、预测、模拟具有相当重要的意义。 

  上世纪末，焊接温度场和应力场的变化主要依赖于传统试验。但是焊接过程是一个复杂的材热冷却过程，仅从试验角度衡量焊接热应力、残余应力和变形问题难度相当大，有较大的局限性，为此现在一般学作都采用试验作为基本手段来研究焊接生产技术，但是大量的试验增材了大口径不锈钢弯管的生产成本，会耗费大量的人力物力。无形中增大了厂商的生产投入，然而却未必得到理想的结果。而数值模拟将发挥其独特的功能和优势。本世纪初，随着计算机技术的快速发展，计算机为数值模拟技术提供了强有力的支撑，很多焊接过程可以采用计算机进行相关的数值模拟。能够形象直观的模拟出焊接接头的温度场和应力场。因此，焊接热应力和残余应力模拟分析技术随着差分法、有限元法的逐步完善，也大规模的发展起来了，本课题主要是利用ANSYS软件对大口径弯管焊接接头的温度场和残余应力场进行相关的数值模拟，它的优势体现在，根据对焊接中各种物理化学现象和过程的数值模拟，可以优化大口径不锈钢弯管的结构设计和工艺设计，从而减少试验工作量，提高大口径弯管焊接接头的质量。节约了大量的生产成本。