輸油管道打孔盜油案件頻繁發(fā)生，對于被打孔的管道，只能采用焊接修復的方法。一是在打孔的地方焊上一小截盜油支管封閉在里面，俗稱“扣帽子”；二是在被打孔的管道外表面焊上一小塊補板，這種方法需要將盜油分子焊接在管道上的盜油支管*從根部處清除。
而焊接過程中會產(chǎn)生大量的殘余應力，當管道運行時，工作應力和殘余應力相疊加，會提高管道實際受力水平，降低承載能力，尤其是在焊縫和熱影響區(qū)等局部高應力極易產(chǎn)生疲勞破壞、應力腐蝕開裂和氫致開裂，嚴重影響管道的正常工作，縮短管道的服役壽命，甚至造成嚴重事故。
為了了解管道修復中焊接殘余應力對管道完整性的影響，采用盲孔法分別對“扣帽子”和“補板”兩種焊接結(jié)構(gòu)進行殘余應力測試，并與管道螺旋焊縫處的殘余應力進行對比，為打孔盜油管道修復措施的合理性評價及修復后管道的安全評價提供依據(jù)。
試件情況介紹
為了取得可靠的數(shù)據(jù)，采用了某輸油管線庫存的φ630mm*8mm和φ711mm*10mm的管道，材質(zhì)為16Mn。在管道上鉆孔，然后按打孔盜油管道搶修時的修復工藝，在管道打孔處焊接管或“補板”。接管尺寸為φ159mm*6mm，高約200mm，材料為Q235。“補板”是從相同尺寸和材料的管道上截取的，尺寸為100mm*100mm*8.4mm?？紤]到在打孔盜油活動頻繁地區(qū)，存在密集開孔的情況，也制作了兩個開孔較近的試件。
對這種管道材料進行了拉伸試驗，以便得到管道材料的準確機械性能數(shù)據(jù)。材料的屈服極限為553Mpa，拉伸極限為653Mpa。
殘余應力測試步驟
- 打磨，輸油管道由于生銹、腐蝕等原因，其表面會出現(xiàn)蝕坑，要將應變花貼牢于管道表面，必須進行打磨至看不見表面有細小劃痕為止。
- 清洗表面。打磨后的表面會留下一些細粉及其他雜質(zhì)，用棉花蘸取丙酮溶液仔細擦拭，去除表面雜質(zhì)，直至棉花上沒有污跡。
- 粘貼應變花。表面清洗完畢后，先將測點定位，再將應變花貼于清洗后的表面。
- 連線并調(diào)零。用導線將應變花與JH-30殘余應力測試儀相連接，注意每根導線的絕緣情況，待線路都接通后對殘余應力檢測儀進行調(diào)零。
- 鉆孔，用鉆頭對準應變花上的鉆孔點進行鉆孔，鉆頭直徑為2mm，孔深至少為2.4mm。
- 記錄結(jié)果，鉆完孔后，待應變儀上的讀數(shù)較穩(wěn)定時，即可讀數(shù)并記錄。
殘余應力測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析
對φ630mm*8mm和φ711mm*10mm兩種規(guī)格管道的不同焊接修復結(jié)構(gòu)進行了多組殘余應力測試，并對所有應變測試進行了溫度補償。
φ630mm*8mm管道接管
考慮到問題的對稱性，僅選取結(jié)構(gòu)的1/4布置測點，測點分別是在0°，45°和90°的方向上，測點1-6到焊縫根部的徑向距離分別為10，11，28，29，29，59mm。從測試結(jié)果可以看出，近焊縫點1-3的殘余應力明顯大于離焊縫較遠的4-6點，*大拉應力在3點，*大壓應力在4點。
管道補板
管道補板分φ630mm*8mm和φ711mm*10mm兩種。φ630mm*8mm補板試件中測點1-6到焊縫根部的距離分別為1、12、9、30、30、32mm，殘余應力中*大拉應力為337.85Mpa，是屈服極限的61.09%，*大壓應力為398.88MPa，是屈服極限的72.13%；φ711mm*10mm補板試件中測點1-6到焊縫根部的距離分別為9、9、12、27、30、29mm，φ711mm*10mm補板結(jié)構(gòu)的殘余應力數(shù)值上總體低于φ630mm*8mm補板中的殘余應力。
φ711mm*10mm管道兩接管
測點1-9到焊縫根部的距離分別為29、11、10、77、53、60、30、30、95mm。
φ630mm*8mm和φ711mm*10mm管道上的接管
φ711mm*10mm上接管測點1-3到焊縫根部的垂直距離分別為32、17、10mm；φ630mm*8mm上接管測點1-3到焊縫根部的垂直距離分別為12、9、12mm。測試結(jié)果表明焊接接管的根部存在殘余應力。
φ630mm*8mm管道螺旋焊縫
測量了φ630mm*8mm管道螺旋焊縫處的殘余應力。測點1-6到管道螺旋焊縫根部的距離分別為0、0、0、30、0、28mm。第二主應力都是負值，即壓應力。φ630mm*8mm管道接管、φ630mm*8mm管道補板以及φ711mm*10mm管道補板周圍的殘余*一主應力和第二主應力與管道螺旋焊縫附近殘余應力的比較。由數(shù)據(jù)上可以看出，3種焊接結(jié)構(gòu)的*一主應力多為拉應力，明顯大于螺旋焊縫的*一主應力，*大拉應力為服務極限的70.94%。螺旋焊縫處的第二主應力為壓應力，其*大值為屈服極限的-74.66%，其余結(jié)構(gòu)中的第二主應力中既有拉應力，也有壓應力。
結(jié)論
- 焊縫近處存在殘余應力，且距焊縫越近，殘余應力的數(shù)值越大。
- 焊接修復結(jié)構(gòu)殘余應力的*一主應力多為拉應力，*大拉應力為屈服極限的70.94%；管道螺旋焊縫處殘余應力的第二主應力為壓應力，*大壓應力為屈服極限的74.66%。
- 在“扣帽子”修復結(jié)構(gòu)上，接管根部存在較大的殘余應力。
