赵春辉 刘 超 李 磊 明廷宏

（国家石油天然气管网集团西气东输公司南京应急抢修中心，南京 210046）

石油和天然气管道建设不断发展，但事故频发。在役焊接技术的出现改变了这一现象，以高效、环保和经济等优点避免了管道停运的问题，被广泛应用于石油和天然气管道的修复和改造[1]。焊接工艺对焊接质量有较大影响，因此研究在役天然气管道焊修过程中的角焊、堆焊的温度场和应力场，并分析在役管道焊接温度与应力场关系，以期为管道焊接及维修提供参考。

1 在役焊接过程分析

1.1 在役焊接数值模型

天然气管道按其焊接顺序可分为堆焊和角焊两种工艺。堆焊工艺是先对焊管进行堆焊，然后在焊管上焊接修复套。角焊工艺是从第一次焊接开始，直接将修复套焊接到焊管上。

由于管道采用轴对称模型，因此假定管道由4 名焊工进行对称焊接。考虑到模型的对称性，选择1max4 有限元模型作为分析对象。按照API 1104《管道及相关设施的焊接》关于在役焊接不同管壁厚度产生火焰的可能性标准和ASMEB 8Mel—2010《燃气输配管道系统》中关于在役焊接结构尺寸的规定，分析对象为内径234mm、长度200mm、壁厚6.5mm 的管道。

1.2 边界条件

1.2.1 焊接温度场的计算

模拟分析焊缝温度场是分析焊缝应力场的基础。焊缝热处理决定着焊缝的残余应力和变形。对焊接热过程进行三维有限元模拟的结果表明，热源运动、焊件表面对流与辐射、局部快速加热与冷却是非线性的复杂过程。焊缝热源集中程度高，温度场分布极不均匀且不稳定，使得焊缝熔池内局部最高温度可达到金属蒸发温度，因此焊接传热是典型的不稳定传热问题。……