罗华权;杨力能;张楠;陈磊磊
【摘 要】Hydrostatic burst test is the design verification testing of carrying capability on spiral submerged arc welded steel pipe.The principle of hydrostatic burst test,analysis of steel tube bearing stress and the initiation position of gap direction and testing device etc.are introduced in this paper.Based on the example of 1 219 mm×22 mm X80 spiral submerged arc welded pipe, the hydrostatic pressure and the blasting test have been done for the pipe.When steel pipe was at 19.5 MPa,the pipe began to and the holding time was 10min.The test results show that the weld and pipe body leakage had not been found after holding pressure.The supreme test pressure which was 28.12 MPa was larger than the theoretical maximum pressure minimum value of 22.56 MPa.Hydrostatic pressure testing and the highest pressure meet Q/SY GJX 130-2014《OD1 219 mm×22 mm X80 spiral submerged arc welded pipe technology conditions》requirements of hydro test,and blasting port was at the pipe body of parent metal which was ductile fracture,and the blasting openin
g direction is consistent with the theoretical analysis.%静水压爆破试验是对螺旋埋弧焊接钢管承载能力的验证。介绍了静水压爆破试验的原理，分析了钢管承压应力和起爆位置裂口方向、试验装置等。以 1219 mm×22 mm X80螺旋埋弧焊接钢管为例，进行静水压及爆破试验。结果表明：钢管内压19．5 MPa、保压600 s，未发现焊缝和管体泄漏；测试最高压力28．12 MPa 大于理论计算值22．56 MPa，钢管静水压稳压测试和最高压力满足 Q／SY GJX 130—2014《OD1219 mm×22 mm X80螺旋缝埋弧焊管技术条件》水压试验要求。爆破口位于管体母材，爆破口为韧性断裂，爆破开口方向与理论分析一致。 【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2015(000)006
【总页数】5页(P47-50,51)第欧根尼
【关键词】X80 螺旋埋弧焊接钢管;静水压;爆破试验
大稿国际艺术区
【作 者】罗华权;杨力能;张楠;陈磊磊
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【作者单位】中国石油集团 石油管工程技术研究院，西安 710077;中国石油集团 石油管工程技术研究院，西安 710077;中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 第一机械厂，河北 青县 062658;中国石化中原油田 采油一厂，河南 濮阳 457001
【正文语种】中 文
【中图分类】TE973
iso17799>quest3d大口径、高钢级螺旋埋弧焊接钢管（SAWH焊接）在正式生产之前，制造商都首先制定制造工艺规范（MPS）文件并进行设计验证试验，对试制钢管进行静水压爆破试验［1］。其目的是验证钢管的承载能力，判断其达到设计压力后的安全性。
1．1 水压爆破试验原理
通过高压泵向密闭的试验钢管内持续注水，试验钢管内的压力持续上升，钢管压力升到一定的值，钢管产生变形，直至爆破。运用一定的方法测定钢管承压过程中的变形与压力的关系，测试分析爆破口的起爆和扩展情况。
1．2 钢管承压应力和起爆位置裂口方向分析
爆破钢管中的静水压力既产生环向应力，也引起轴向应力［2］。按照圆柱薄壳无弯矩理论，可以忽略径向应力。由切向力的平衡条件可以确定爆破管的环向应力（如图1所示）。选取单位长度管道，假设管道由水平面分开，则内压（p）作用在分开的管道上的垂直合力为pd（d为管道内径），而在管壁上作用环向应力σb，管壁截面的面积为t×1，由切向力的平衡条件得：
式中：p为静水内压力，M Pa；d 管道内径，m m；t管道壁厚，m m；σb环向应力，M Pa。
由轴向力的平衡条件确定管道的轴向应力（如图2所示），假设两端封闭的管道从横截面处断开，由内压引起的纵向合力，该力与作用于管道横截面上的轴向应力σa的合力σaA 平衡，管道横截面面积，由平衡条件得：
式中：A 管道横截面积，m m2；D 管道外径，m m；σa轴向应力，M Pa。
由式（4）得：
由式（5）和式（2）得：
由式（6）可知，D＞d，则σb＞σa。
环向应力大于2倍的轴向应力，影响承压的主要是因素是环向应力，因此钢管的承压能力是指钢管的环向承压能力。钢管水压爆破时，由于环向应力较大，爆破失效时，首先是环向应力达到爆破应力，管道纵向起爆后被撕裂，爆破口应为纵向。
1．3 水压爆破试验装置
X80螺旋埋弧焊接钢管水压爆破的试验装置由压力表、高压试验泵、连接管线、计算机控制系统、压力传感器、静水压爆破管组成，如图3所示。压力表可以显示爆破管内的实时压力值，高压试验泵的进水口为常压水，通过高压泵后，产生一定压力的高压水。计算机控制系统可以通过压力传感器采集爆破管内的压力数据，通过计算机处理显示压力时间曲线等，便于数据分析。
爆破管的两端焊接有2个封头，封头和爆破管是通过对焊连接。封头材料需要一定的强度和韧性，爆破时，爆破点不能在封头和对接焊缝上，如果这样，爆破试验就算失败。因此需要保证封头与爆破管的对接焊缝的质量，对缺陷进行检测，以排除焊缝缺陷。
水压爆破试验场地选在没有人员行走或机动车行走的地方［3］，试验场地一般为地面下3～5 m的爆破坑。为了保证试验安全，爆破坑四周壁用一定厚度的钢板紧贴，或用一定厚度的水泥墙面。爆破坑内能够方便放置爆破管和连接管线，通常放在固定支架上或有导轨的小车上。
本次试验采用某厂生产的Ø1 219 m m×22 m m X80螺旋埋弧焊接钢管进行水压爆破试验，主要是为了测试钢管的屈服压力、最高压力和爆破压力。试验标准参照Q／S Y GJX 130—2014《O D1 219 m m ×22 m m X80螺旋缝埋弧焊管技术条件》［4］。
1） 对螺旋埋弧焊接钢管管体和焊缝进行了化学成分分析，化学成分分析结果如表1。钢管管体化学成分分析结果符合 Q／S Y GJX 130—2014 《O D1 219 m m×22 m m X80螺旋缝埋弧焊管技术条件》。
2） 螺旋埋弧焊接钢管拉伸性能试验。对管体和焊缝分别取样进行拉伸性能试验，试验结果如表2。
3） 静水压试验标准。根据Q／S Y GJX 130—2014《O D1 219 m m×22 mm X80螺旋缝
埋弧焊管技术条件》，该标准中要求静水压试验的稳压时间至少应保持15 s。试验过程中整个焊缝或管体无泄漏，试验后目视无形状的变化和管壁鼓起。
试验压力按式（7）的规定计算，环向应力的数值应为钢管规定最小屈服强度（Rt0．5）的 97%。试验保压时的压力波动范围应控制在0～0．5M Pa。同一规格的钢管应抽取一根钢管进行静水压爆破试验，实际爆破压力值不应低于按公称尺寸和母材抗拉强度最小值计算得出的理论爆破压力值。
式中：σb为环向应力，MPa，等于钢管规定最小屈服强度的97%；t为规定壁厚，mm；D为规定外径，mm。
标准要求静水压测试的稳压压力为
根据标准要求，稳压压力为19．5 M Pa，保持时间至少为15 s，整个焊缝和管体无泄漏，方为合格。爆破试验的最小压力为
当屈服强度和抗拉强度取实测值时，计算管体开始屈服时的压力、管体和焊缝所承受的最高压力值。将实测值带入式（7），可以计算出管体屈服压力为
管体爆破试验压力为
计算结果表明，试验过程中，螺旋埋弧焊接钢管在压力达到23．61 M Pa时，钢管将发生屈服变形，压力达到27．43M Pa时，钢管可能爆破。如果爆破压力≥22．56MPa，钢管设计合理。
4） 水压爆破试验前的准备工作。包括加工和焊接爆破封头，焊接进、出水孔及其接头，连接管线、安装压力传感器。钢管爆破前形貌如图4所示。仪器和设备连接好后，进行高压试验泵和计算机控制系统调试。试验前，先将钢管中注满水，排净空气，然后往钢管中注水加压。
焊接接头爆破试验压力为
5） 试验过程。包括注水、加压、数据的采集、数据整理、生成曲线等，水压爆破时拉上警戒线，防止无关人员进入水压爆破场地。
3．1 压力测试结果
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