本發(fā)明涉及一種凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道焊縫形成交叉焊縫的復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法。

背景技術(shù)：

站場與閥室是石油天然氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸過程中必不可少的組成部分。為了滿足閥門、儀表和法蘭等的安裝需要，站場和閥室設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到在主管上開孔、焊接凸臺(tái)的情況。ERW焊管是非填充金屬的電阻焊鋼管。它由于壁厚均勻、易于防腐涂敷，尺寸精度高，無內(nèi)焊瘤等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于許多重點(diǎn)站場工程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY 0402-2002《石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和SY 4203-2007《石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范-站內(nèi)工藝管道工程》，在制作管匯時(shí)，凸臺(tái)開孔位置應(yīng)與主匯管本身的縱焊縫或螺旋焊縫錯(cuò)開應(yīng)不少于100mm。但在實(shí)際操作中，由于ERW直縫電阻焊管外表面很光整，單從肉眼觀察難以確定焊縫位置。部分凸臺(tái)焊接安裝位置距離ERW焊縫很近甚至重合，存在安全隱患。

在主管道上開孔，破壞了管道的連續(xù)性，開孔邊緣一定范圍內(nèi)存在應(yīng)力集中。凸臺(tái)焊接本身又涉及到異種金屬以及不同強(qiáng)度、不同壁厚、不同管徑的管接頭焊接，焊接過程中可能產(chǎn)生裂紋、氣孔、固體夾渣物、未焊透、未熔合、熔深不足、咬邊、對(duì)接錯(cuò)邊與角度偏差以及其他形狀缺陷，焊接質(zhì)量難以控制。如果凸臺(tái)開孔中心位于ERW鋼管直焊縫附近形成交叉焊縫，焊縫相交處附近極其復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域塑形的發(fā)展、應(yīng)力的分布都有極其不利的影響，可能會(huì)使焊縫區(qū)域出現(xiàn)三向拉應(yīng)力的脆性破壞。

對(duì)于正在運(yùn)行的站場主管道，通過降壓置換，割除舊管焊接新管的方法更換違規(guī)凸臺(tái)角焊縫，特別是與主管道形成交叉焊縫的結(jié)構(gòu)一方面耗資巨大，因?yàn)橥古_(tái)切割前需要站場管道停止運(yùn)輸，并排空清洗管道。另一方面更換管道也會(huì)出現(xiàn)新的環(huán)焊縫焊接、凸臺(tái)角焊縫焊接等問題。近年來復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展迅速，復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有安全、方便，不動(dòng)火、不停輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于鋼質(zhì)管道結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。本發(fā)明是針對(duì)凸臺(tái)和主管道形成的T型交叉結(jié)構(gòu)，提供一種凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道形成交叉焊縫的復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)站場/閥室中，儀表、法蘭、引壓和取氣等安裝需要凸臺(tái)的角焊縫結(jié)構(gòu)，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道焊縫形成交叉焊縫的結(jié)構(gòu)，提供一種復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法。通過使用本發(fā)明提供的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，對(duì)包括角焊縫、主管道直管段、同凸臺(tái)連接支管段的T型角焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，有效限制角焊縫，特別是交叉焊縫處的局部應(yīng)力集中，增加該T型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，避免在運(yùn)行過程中發(fā)生泄漏等安全事故，特別是在交叉焊縫時(shí)防止裂紋沿著性能相對(duì)薄弱的主管道直焊縫區(qū)域延伸開裂并長程擴(kuò)展，造成嚴(yán)重的災(zāi)害和損失。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，其包括下述步驟：

1)首先利用清洗劑清洗待修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度范圍內(nèi)的主管段、支管段和角焊縫鋼管表面，并充分干燥；

2)將配制好的環(huán)氧樹脂粘浸膠均勻涂抹于待修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)管段表面；

3)根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)最小修復(fù)寬度、補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)和邊界的坡口要求，修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)邊界都采用纖維布寬度逐漸減小、補(bǔ)強(qiáng)層的厚度逐漸增加的方式，在補(bǔ)強(qiáng)層的兩端形成外坡口結(jié)構(gòu)；將裁好的復(fù)合材料纖維布+層間環(huán)氧樹脂粘浸膠依次對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞，按照沿主管段兩側(cè)螺旋纏繞，主管段與支管段的角焊縫鋼管處交叉纏繞，支管段螺旋纏繞的方式纏繞，螺旋纏繞時(shí)復(fù)合材料纖維布相互搭接50％；

其中，補(bǔ)強(qiáng)最小修復(fù)寬度為試驗(yàn)測試凸臺(tái)焊接對(duì)組織、殘余應(yīng)力和水壓爆破試驗(yàn)影響范圍的最大值+支管開孔直徑；

4)纏繞完成后，將主管段、支管段邊界坡口，主管段與支管段之間的角焊縫交界位置利用橡膠抹刀將環(huán)氧樹脂粘浸膠抹成斜坡；

5)然后固化，自然風(fēng)干，即完成凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)過程。

進(jìn)一步，所述試驗(yàn)測試凸臺(tái)焊接對(duì)組織影響范圍為12～15mm，殘余應(yīng)力影響范圍最大值為113mm～167mm，水壓爆破試驗(yàn)影響范圍為93mm～98mm。

進(jìn)一步，所述補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)為管線直管段材料最小屈服強(qiáng)度×直管段管壁厚度/所選用復(fù)合材料纖維布拉伸強(qiáng)度×單層復(fù)合材料纖維布厚度。

進(jìn)一步，對(duì)于角焊縫鋼管纏繞，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)為補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)計(jì)算值的1.5倍；直管段和支管段的補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)與計(jì)算值一致。

進(jìn)一步，所述坡口要求為坡口角度在15±5°。

進(jìn)一步，步驟3)依次對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞的方法為：

3a)首先采用復(fù)合材料纖維布對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段進(jìn)行的螺旋纏繞；

3b)然后對(duì)角焊縫區(qū)域纏繞，方式為：第一層首先從主管段的底部向支管段黏貼復(fù)合材料纖維布；第二層從主管段與支管端焊縫位置開始，交叉纏繞一周；

3c)然后在支管段進(jìn)行螺旋纏繞，螺旋纏繞搭接50％；

3d)在纏繞一層后的復(fù)合材料纖維布上涂抹一層環(huán)氧樹脂粘浸膠，重復(fù)步驟3a)-3c)，直至完成對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞。

進(jìn)一步，纏繞過程中，用專用工具羅拉沿纖維方向在復(fù)合材料纖維布上反復(fù)滾壓多次，以去除氣泡，使膠粘劑充分滲透纖維布。

進(jìn)一步，所述復(fù)合材料纖維布采用玻璃纖維或碳纖維。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是提供一種凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道形成交叉焊縫時(shí)的復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法。通過對(duì)凸臺(tái)角焊縫，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道焊縫形成交叉焊縫的T型結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，可以增加該T型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，彌補(bǔ)該處組織惡化造成的強(qiáng)度和韌性的損耗。同時(shí)有限限制角焊縫，特別是交叉焊縫處的局部應(yīng)力集中，避免在運(yùn)行過程中在局部應(yīng)力集中位置發(fā)生泄漏等安全事故。角焊縫處復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的搭接結(jié)構(gòu)，則主要針對(duì)可出現(xiàn)的焊接缺陷，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。主管段的補(bǔ)強(qiáng)則可以在交叉焊縫時(shí)防止裂紋沿著性能相對(duì)薄弱的主管道焊縫區(qū)域延伸開裂并長程擴(kuò)展，導(dǎo)致造成嚴(yán)重的災(zāi)害和損失。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明纏繞方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是提供一種凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，包括下述步驟：

1)首先利用清洗劑清洗待修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度范圍內(nèi)的主管段、支管段和角焊縫鋼管表面，并充分干燥。

2)將配制好的環(huán)氧樹脂粘浸膠均勻涂抹于待修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)管段表面。

3)根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)最小修復(fù)寬度、補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)和邊界的坡口要求，修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)邊界都采用纖維布寬度逐漸減小、補(bǔ)強(qiáng)層的厚度逐漸增加的方式，在補(bǔ)強(qiáng)層的兩端形成外坡口結(jié)構(gòu)；將裁好的復(fù)合材料纖維布+層間環(huán)氧樹脂粘浸膠依次對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞，按照沿主管段兩側(cè)螺旋纏繞，主管段與支管段的角焊縫鋼管處交叉纏繞，支管段螺旋纏繞的方式纏繞，螺旋纏繞時(shí)復(fù)合材料纖維布相互搭接50％。

見圖1所示，在主管段1、支管段2和角焊縫鋼管上纏繞復(fù)合材料纖維布3后的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)邊界呈外坡口4結(jié)構(gòu)。

依次對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞的方法為：

3a)首先采用復(fù)合材料纖維布對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段進(jìn)行的螺旋纏繞；

3b)然后對(duì)角焊縫區(qū)域纏繞，方式為：第一層首先從主管段的底部向支管段黏貼復(fù)合材料纖維布；第二層從主管段與支管端焊縫位置開始，交叉纏繞一周；

3c)然后在支管段進(jìn)行螺旋纏繞，螺旋纏繞搭接50％；

3d)在纏繞一層后的復(fù)合材料纖維布上涂抹一層環(huán)氧樹脂粘浸膠，纏繞過程中，用專用工具羅拉沿纖維方向在復(fù)合材料纖維布上反復(fù)滾壓多次，以去除氣泡，使膠粘劑充分滲透纖維布。重復(fù)步驟3a)-3c)，直至完成對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段、支管段和角焊縫鋼管纏繞。

4)纏繞完成后，將主管段、支管段邊界坡口，主管段與支管段之間的角焊縫交界位置利用橡膠抹刀將環(huán)氧樹脂粘浸膠抹成斜坡。

5)然后固化，自然風(fēng)干，即完成凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)過程。

本發(fā)明方法中應(yīng)滿足下述條件限定：

(1)復(fù)合材料產(chǎn)品選用原則：目前常規(guī)的復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)體系主要針對(duì)帶缺陷管道，由高強(qiáng)度纖維布、缺陷填平樹脂、層間膠粘劑三者組成。針對(duì)凸臺(tái)角焊縫T型結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的主要目的是增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此本發(fā)明復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)體系主要選用：高強(qiáng)度復(fù)合材料纖維布+層間膠粘劑體系。高強(qiáng)度復(fù)合材料纖維布可以但不局限于玻璃纖維、碳纖維。

(2)補(bǔ)強(qiáng)位置的確定：凸臺(tái)角焊縫T型結(jié)構(gòu)不僅僅包括主管道的直管段，還包括凸臺(tái)連接的支管段，因此修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的位置包括直管段、角焊縫和支管段共三個(gè)部分。

(3)針對(duì)凸臺(tái)角焊縫結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)推薦：目前復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的推薦做法主要針對(duì)管道上已經(jīng)存在缺陷導(dǎo)致壁厚減薄的情況，推薦層數(shù)根據(jù)缺陷類型、缺陷的大小計(jì)算修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層厚度/單層纖維布厚度得到。針對(duì)凸臺(tái)角焊縫T型結(jié)構(gòu)，將其設(shè)定為關(guān)聯(lián)缺陷，本發(fā)明建議根據(jù)實(shí)際運(yùn)行管道的管線材質(zhì)，厚度和所選用的復(fù)合材料實(shí)測強(qiáng)度計(jì)算出推薦的直管段修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)，具體為：管線直管段材料最小屈服強(qiáng)度×直管段厚度/所選用復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度×單層厚度，四舍五入。對(duì)于凸臺(tái)焊接后形成交叉焊縫的情況角焊縫鋼管纏繞，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)增加為計(jì)算值的1.5倍。支管段的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)同主管段一致。

(4)針對(duì)凸臺(tái)角焊縫結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度推薦：在主管道上開孔、焊接凸臺(tái)一定會(huì)干擾角焊縫周圍材質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)和受力情況，補(bǔ)強(qiáng)最小修復(fù)寬度根據(jù)凸臺(tái)焊接后的組織、殘余應(yīng)力和整體結(jié)構(gòu)性能的水壓爆破試驗(yàn)+支管開孔直徑結(jié)果可知：，凸臺(tái)焊接后對(duì)于主管段組織影響范圍為12～15mm，殘余應(yīng)力影響范圍為113mm～167mm，水壓爆破試驗(yàn)影響范圍為93mm～98mm。西氣東輸二線常用的凸臺(tái)開孔大小為25mm、50mm、80mm三種。因此推薦的最小修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度為：殘余應(yīng)力影響范圍+支管開孔直徑。修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層的寬度必須大于該影響區(qū)域尺寸，才能達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的，修復(fù)凸臺(tái)焊接對(duì)整體鋼結(jié)構(gòu)性能影響。根據(jù)針對(duì)西氣東輸二線的實(shí)際情況，主管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度的最小值必須大于凸臺(tái)角焊縫左右兩側(cè)250mm(167mm(殘余應(yīng)力影響范圍)+80mm(凸臺(tái)的最大直徑)，支管段修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度的最小值必須在凸臺(tái)角焊縫上15mm(組織影響范圍)。根據(jù)管道補(bǔ)強(qiáng)保守原則，針對(duì)凸臺(tái)角焊縫實(shí)際修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)推薦寬度為：主管段左右兩側(cè)各250mm，支管段為凸臺(tái)上方10-30mm，如果儀表連接位置同凸臺(tái)距離低于30mm，則寬度到儀表連接下方。

(5)主、支管段修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層邊界坡口角度：在利用復(fù)合材料對(duì)主管段和支管段進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，主、支管段的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)邊界都采用寬度逐漸減小的纖維布，補(bǔ)強(qiáng)層的厚度逐漸增加，在補(bǔ)強(qiáng)層的兩端形成外坡口的形式，坡口角度為15±5°。通過該設(shè)計(jì)，復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層對(duì)管道的約束力逐漸增加，實(shí)現(xiàn)裂紋柔性止裂，避免失效時(shí)出現(xiàn)管線環(huán)切的危險(xiǎn)情況，具體見附圖1。

(6)T型結(jié)構(gòu)角焊縫的補(bǔ)強(qiáng)位置和方式：角焊縫修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)位置為主管段角焊縫左右15mm的區(qū)域，支管段凸臺(tái)向上10mm的區(qū)域。針對(duì)T型結(jié)構(gòu)角焊縫的復(fù)合材料纏繞方式為：

①第一層首先從主管段的底部向支管段黏貼復(fù)合材料，復(fù)合材料的寬度為15mm；

②第二層從主管段按照鐘表11點(diǎn)或者1點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置開始，交叉纏繞，然后在角焊縫區(qū)域纏繞一周后，在支管段進(jìn)行螺旋纏繞，螺旋纏繞搭接50％左右。具體見圖2。

(7)凸臺(tái)角焊縫復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的程序?yàn)椋孩偈紫葘?duì)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)寬度范圍內(nèi)的主管段、直管段和焊縫進(jìn)行表面清理，利用清洗劑清洗鋼管表面，并充分干燥。②將環(huán)氧樹脂粘浸膠的主劑與固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)備后放入容器內(nèi)，用攪拌器攪拌均勻。一次配膠量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。建議配膠量以每次小于2.5公斤為宜。③黏貼前用滾筒刷(或油漆刷)將調(diào)配好的膠粘樹脂均勻涂抹于待粘帖的部位，有搭接的部位應(yīng)多涂刷一些。④根據(jù)按照補(bǔ)強(qiáng)寬度、補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)和邊界的坡口要求，裁好復(fù)合材料纖維布。首先對(duì)角焊縫兩側(cè)主管段進(jìn)行復(fù)合材料的纏繞。然后對(duì)角焊縫區(qū)域按照前文第(6)條進(jìn)行纏繞，最后對(duì)支管段進(jìn)行纏繞。纏繞過程中，在復(fù)合材料和膠粘劑之間不應(yīng)殘留有空氣。為此，可用羅拉(專用工具)沿纖維方向在復(fù)合材料纖維片上反復(fù)滾壓多次，以去除氣泡，使膠粘劑充分滲透纖維布。⑤修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)完成，將主、支管道邊界坡口，角焊縫與主、支管道交界位置利用橡膠抹刀將環(huán)氧樹脂粘浸膠抹成斜坡，避免腐蝕性介質(zhì)以修復(fù)層層與層之間的縫隙為通道進(jìn)入修復(fù)層內(nèi)部。(6)等待固化期間采取措施避免復(fù)合材料免受雨水、風(fēng)沙的影響。

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

2014年～2015年，石油管工程技術(shù)研究院和西部管道各個(gè)分公司針對(duì)凸臺(tái)角焊縫，特別是凸臺(tái)焊接后與主管道形成交叉焊縫的T型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)主要針對(duì)L415MB鋼級(jí)、規(guī)格為Φ406.4×12.5mm的ERW電阻焊管，依照發(fā)明的要求：補(bǔ)強(qiáng)材料為：高強(qiáng)度玻璃纖維布+層間膠粘劑體系；補(bǔ)強(qiáng)位置包括主管段、角焊縫和支管段；修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)根據(jù)計(jì)算：管線直管段材料最小屈服強(qiáng)度×直管段厚度/所選用復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度×單層厚度＝415×12.5/2900*0.3＝5.96，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)選擇為6層，如果為交叉焊縫，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)增加為9層。然后按照步驟(6)、(7)進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。