中文摘要：

长输天然气管线在服役过程中，出现开裂、泄漏、腐蚀减薄等局部缺陷时，需要对管线进行修复，在役焊接修复可以保持管线连续运行，对环境无污染，具有巨大的经济效益和社会效益，目前对长输管线在役焊接失稳机制以及安全修复的评价方法还缺乏深入的研究。本项目采用自制的在役焊接失稳试验装置，对在役焊接温度场进行测量，采用反演算法计算管内介质和焊接接头的换热系数。对在役焊接失稳熔池尺寸进行测量，并对在役焊接失稳接头形貌和显微组织的精细结构进行观察分析。利用有限元软件SYSWELD，建立三维有限元模型，对X70钢长输管线在役焊接温度场进行模拟，通过热-力耦合功能实现应力应变场的模拟，获取瞬态应力的分布规律和动态变形过程。揭示在役焊接失稳机制，建立长输管线在役焊接修复安全评价模型，提出管线在役焊接安全修复的判据。此研究将丰富严酷条件下的焊接技术，为在役焊接的安全性提供理论依据，为我国的油气输送提供技术保障。

结论摘要：

在役焊接是一种安全、环保、经济、高效的管道维修技术，但在役焊接过程中容易出现烧穿失稳和氢致裂纹，其中避免烧穿失稳是实施管线在役焊接安全修复首先需要解决的问题。本课题根据管线在役焊接的实际工况，采用平板腔室的设计方法，搭建了压力管道在役焊接烧穿模拟试验装置，采用该装置对X70管线钢进行了在役焊接烧穿试验。在充分考虑管道材质和管内输送介质物性参数随温度变化的基础上，修正了现行采用的换热系数公式，采用有限元软件SYSWELD建立三维有限元模型，对X70长输管线在役焊接温度场进行模拟，将管道强度降低的高温区域等效为瞬态“体积型缺陷”，计算管线允许的最大安全操作压力从而对长输管线在役焊接烧穿失稳进行判定。以VB6.0为平台设计了长输管线在役焊接烧穿失稳评定系统，该系统通过调用SYSWELD软件对在役焊接温度场进行求解，调用Matlab软件对管线最大安全操作压力进行分析计算，然后根据计算结果判定该工况下进行在役焊接的安全性，解决了工程应用的难题。