面外拘束效应对单边缺口拉伸试样断裂韧性的影响

采用API X90管线钢,对不同厚度的单边缺口拉伸(SENT)试样进行断裂韧性实验,并结合全场应变测量技术和断口分析,研究SENT试样面外拘束(试样厚度)对裂纹尖端张开位移(CTOD)的影响。结果表明,在相同的载荷水平下,随着试样厚度的增加,最大纵向应变峰值急速下降,高纵向应变区域由裂纹尖端迁移至距裂纹面一定距离的未开裂侧,裂纹尖端的塑性变形能力降低。CTOD值对厚度变化很敏感,随着试样厚度的增加而降低。当试样厚度宽度比≥4时,临界CTOD值达到下平台并保持基本不变。因此,在管线工程设计中,可将试样厚度宽度比等于4作为SENT试样断裂韧性与试样厚度无关的一个参考试样尺寸。     

基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比

近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等. 但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究. 文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比. 结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J_0.2和δ_0.2,给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.     

低温对LNG船用9%Ni钢焊接热影响区断裂韧性的影响

热影响区低温断裂韧性是影响9%Ni钢焊接结构安全服役的重要性能指标,裂纹尖端张开位移(CTOD)评定方法具有良好的适用性,但CTOD允许值的合理选用是关键。基于Dugdale-Barrenblett模型,建立了三点弯试样的有限元模型,计算了粗晶区在不同温度和载荷作用下的裂纹尖端张开位移。并在室温和不同低温环境下完成粗晶区CTOD特征值测试。结果表明,低温对9%Ni钢粗晶区CTOD特征值的影响呈现阶段性,从室温到低温的整体降幅较大,深冷环境中的CTOD特征值则较为接近。     

海洋石油平台焊接接头大型CTOD试验

依据英国BS7448断裂韧性试验标准，对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移（CTOD）试验测试技术进行了探讨，对采用焊条电弧焊与埋弧焊工艺施焊的、板厚为2．5in(63.5mm）的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验，分别测试了－18℃两种工艺下焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性，对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论。试验表明，除两个热影响区（HAZ）试样外，其余试样均满足美国Phillips石油公司提出了最小CTOD为0．15mm的要求。试验结果为评价这种板厚焊接接头的焊后热处理规范提供了依据。     

X70海底管线低温断裂韧性试验研究

根据BS7448断裂韧性试验标准,对国内自主研发的X70海底管线钢管管体及焊接接头的低温(0℃)裂纹尖端张开位移(CTOD)进行断裂韧性试验,并对其阻力曲线及断口形貌进行了研究分析.结果表明:0℃下管体的CTOD值大于焊接接头,且管体横向略大于管体纵向;熔合线+5 mm位置试样的CTOD值接近管体横向;焊缝、熔合线及熔合线+2mm位置试样的CTOD值相对较低,易产生突进或失稳现象,是断裂韧性最薄弱的部位.     

海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析

依据英国BS7448断裂韧性试验标准,研究了超大板厚碳钢焊接接头的低温断裂韧性(裂纹尖端张开位移(CTOD)) .针对厚为95 mm和60 mm的钢板分别开发了埋弧焊(SAW)和药芯保护焊(FCAW)2种焊接工艺,并研究了低温服役条件下(0℃)2种焊接工艺焊接接头各区(包括焊缝区和热影响区)的断裂韧性. 研究结果表明,所有试样均满足最小特征CTOD值0.15 mm的要求.本研究结果可为厚95 mm的D36钢板埋弧焊和厚60 mm的D36钢板药芯保护焊焊接接头免除焊后热处理提供依据.     

海洋平台E36钢热处理前后断裂韧性研究

工程上普遍认为,通过焊后热处理（PWHT）,如果方法得当,可以提高焊缝金属的断裂韧性值。但是,近年来诸多研究发现,焊后热处理对断裂韧性也并不是都有好的影响,比如,热处理之后,焊接接头热影响区的断裂韧性就可能有恶化的现象。本研究设计了对比CTOD（裂纹尖端张开位移）试验,发现热处理之后热影响区组织变粗大,碳化物大量析出并聚集长大,使得断裂韧性大大降低。     

X65管线钢焊接接头CTOD断裂韧度

根据BS74 4 8断裂韧度试验标准 ,对X6 5管线钢焊接接头的低温 (0℃ )裂纹尖端张开位移 (CTOD)进行了测试。取尺寸为B× 2B(B为试样厚度 )、缺口方向为NP的试样进行三点弯曲试验 ,然后由所得到的 0℃下母材、焊缝和热影响区 (HAZ)的P -V曲线来计算CTOD值 ,并对试验结果进行了讨论和总结。对显微组织的分析表明 ,共有3个HAZ试件不满足裂纹尖端不超过熔合线 0 .5mm且落在粗晶区内的要求。该结果恰好与P -V曲线和所得的CTOD值相一致 ,从而解决了试验值分散性大的问题 ,同时为ECA评估提供了重要依据 ,验证了BS74 4 8标准的合理性并体现了它的优越性。     

不同焊接位置海洋平台用钢焊缝金属低温断裂韧性

海洋平台用钢在横焊立焊位置下,焊缝金属低温断裂韧性存在差异,工程界普遍认为,高热输入的立焊位置试样韧性值低于低热输入的横焊位置试样,但诸多试验均呈现相反的结果.文中选取了两组CO₂焊横焊立焊位置的焊缝金属试样进行了低温断裂韧性试验,得出了CTOD(裂纹尖端张开位移)值,并对焊缝处宏观形貌、断口形貌以及金相组织进行了分析.结果表明,由于柱状晶数量和取向及夹渣的影响,横焊位置试样低温断裂韧性低于立焊位置试样.     

焊后热处理对DH36钢焊接接头断裂韧性的影响

文中对DH36钢埋弧焊焊接接头进行了焊后热处理,并根据BS7448标准对焊缝和热影响区进行裂纹尖端张开位移CTOD测试,研究焊后热处理对断裂韧性的影响.结果表明,焊后热处理对焊缝断裂韧性的影响并不一定是好的效果,热处理后,焊缝δ值有的升高有的降低;焊后热处理对热影响区粗晶区的断裂韧性有不利影响,热处理后,热影响区粗晶区的δ值均有所下降.经过焊后热处理,90 mm厚焊缝试样的δ值略有下降,60mm厚焊缝试样的δ值明显升高;90mm厚热影响区试样的δ值明显下降,60mm厚热影响区试样的δ值略有下降.     

Out-of-Plane Constraint Effect on the Fracture Toughness of Single Edge Notch Tension SpecimensEI北大核心CSCD

The crack-tip stress and strain fields of single edge notch tension (SENT) specimen are similar to those of the full-scale pipe containing surface cracks under longitudinal tension and/or internal pressure. It is well known that material's fracture toughness is not constant, and the specimen size has a significant influence on fracture toughness. It is thus essential to consider the transferability from fracture specimens in laboratory testing to practical structures, i.e., size effects or constraint effects. However, the specimen dimensions for SENT specimens recommended by current design procedures have not validated the out-of-plane constraint effect on the fracture toughness. In this work, the effect of specimen thickness on the crack tip opening displacement (CTOD) of SENT specimen was investigated using an API X90 grade steel. Full-field deformation measurement by digital image correlation (DIC) technique and stretching zone width (SZW) examination were performed to analyze the size effects on fracture toughness. The results show that the critical crack initiation toughness is highly sensitive to specimen thickness, and decreases significantly as specimen thickness increases until the thickness-to-width ratio (B/W) equals to 4, beyond which the effect of specimen thickness becomes relatively weak. As the specimen thickness increases, the maximum longitudinal strain and stretching zone width decrease sharply, and the location of high-strain zones changes significantly; when B/W >= 3, strain is initiated from the area oppo-site the cracked side rather than from the crack tip, indicating a strong loss of plasticity for thicker specimens. A dimension size is recommended for the fracture toughness testing to take the out-of-plane constraint into account for SENT specimen.     

裂纹深度和强度组配对焊接接头断裂性能的影响

利用弹塑性有限元计算和三点弯曲试验对不同裂纹深度，不同强度组配焊接接头试样的断裂性能进行了研究，着重讨论了裂纹深度和组配的不同对焊接接头试样加载过程中塑性区形状及大小，深浅裂纹分界点，抗断性能，裂纹尖端张开位移ＣＴＯＤ，Ｊ积分的影响。结果表明，裂纹越浅。加载时塑性区域大，断裂韧性值越高，高组配焊接接头试样加载时由于塑性区扩展到母材而具有较大的塑性区，低组配焊接接头试样加载时塑性区被抑制在焊缝中，尺     

残余应力对管线钢韧性断裂的影响

以弹塑性断裂力学理论为基础,应用ABAQUS有限元软件,采用固有应变法引入残余应力,并基于细观塑性损伤模型研究了残余应力对管线钢韧性裂纹扩展阻力曲线的影响.模型中选择了具有不同深浅裂纹的单边缺口弯曲（SENB）试样和DNV推荐准则中用于管线钢断裂评估的单边缺口拉伸（SENT）试样,并对这两种断裂力学试样在大范围屈服条件下的裂纹扩展阻力曲线（CTOD-R曲线）行为进行了对比分析.结果表明,对于深裂纹试样,残余应力降低了韧性裂纹扩展阻力曲线,而浅裂纹试样受残余应力的影响可忽略不计.     

压力钢管表面凹坑缺陷的安全评定

基于有限元分析结果,采用国家标准GB/T19624<在用含缺陷压力容器安全评定>,对含表面凹坑缺陷的压力钢管进行了安全评定.根据凹坑缺陷不同的分布状况,分别采用了不同的方法进行评定.当相邻两凹坑缺陷边缘间的最小距离在20 mm范围内时,应采用常规评定的方法.结果表明,其对应的评定点落在评定曲线定义的安全范围内.这表明所评定的缺陷是可以接受的.当相邻两凹坑缺陷边缘间的最小距离大于20 mm时,可采用凹坑评定的方法.两种方法评定结果均表明,压力钢管壁上的表面凹坑缺陷是可以接受的.     

A model of heating a flux-cored wire in arc metallizing and analysis of the structure of the coating

Summary

This paper describes HAZ‐notched CTOD tests of multipass welds in SMYS = 420–460 MPa class high‐strength steels for offshore structural applications. The weld metal strength overmatch causes different fracture behaviour depending on the actual CGHAZ toughness. When the CGHAZ is completely embrittled, the weld metal strength overmatch leads to the lower bound critical CTOD value. This is due to elevation of the local stress in the CGHAZ caused by the restraint effect of the overmatched weld metal. The fracture surface is generally flat, and brittle fracture originates from the CGHAZ sampled by the fatigue crack front. A larger fraction of the CGHAZ along the crack front gives a smaller critical CTOD value. When the CGHAZ has moderate toughness, however, the weld metal strength overmatch may produce a higher critical CTOD value at brittle fracture initiation. This is due to crack growth path deviation towards the base metal. Plastic deformation preferentially accumulates to a greater extent on the softer base metal side before the critical stress conditions for brittle fracture initiation occur in the CGHAZ. This asymmetrical plastic deformation promotes deviation of ductile crack growth from the crack tip CGHAZ. In this case, the critical CTOD value does not always reflect the CGHAZ toughness itself.

A notch location nearer the weld metal sometimes causes fracture initiation in the weld metal if the fatigue crack tip samples the CGHAZ. Such experimental data do not reflect the real CGHAZ toughness.

The significance of the critical CTOD value obtained in the tests must be determined in the fracture toughness evaluation of the weld CGHAZ. This paper presents a procedure for evaluation of CTOD test results obtained for HAZ‐notched welds that considers the strength mismatch effect.     

Fatigue crack growth and fracture toughness properties of 304 stainless steel pipe for LNG transmission

The fatigue crack growth rate and fracture toughness tests of type 304 stainless steel were studied over a temperature range of −162°C to room temperature. Girth weld metal specimens were fabricated using a combination of gas-tungsten-arc-welding and shielded-metal-arc-welding. The seam weld metal was made with submerged arc welding. Fatigue crack growth rate tests were conducted using compact tension specimens in accordance with ASTM E647. Fracture toughness was evaluated through CTOD tests with three point bend specimens. The CTOD values were affected by crack orientation with respect to the rolling direction, but orientation had no influence on fatigue crack growth rates. The fatigue crack growth rates and the CTOD values decreased with decreasing test temperature.     

海底管道安全性评定方法的分析

在给定裂纹尺寸、载荷条件以及材料的力学性能下,根据欧共体提出结构完整性评定方法SINTAP(structural integrity assessment procedure)和英国标准BS7910两种方法,针对API5LX65管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹进行安全评定,用极限载荷法和CTOD(裂纹尖端张开位移)试验结果进行评定.同时根据母材和全焊缝拉伸试验结果,建立X65管线钢焊接接头的0级以及1级(BS7910的1级和2级)评定曲线.结果表明,无论采用SINTAP还是BS7910方法,评定点均在评定曲线范围内,说明该结构是安全的,并且两种方法评定结果十分接近.将两种方法进行分析将有助于海底管道安全评定的选择,为选择评定方法的多样性奠定基础.     

焊缝非匹配海管表面缺陷的安全评定

采用欧洲共同体提出的工业结构完整性评定方法（SINTAP），对给定裂纹尺寸和载荷条件下的EH36管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹进行评定：由拉伸试验得到的焊缝和母材的屈服强度比值大于10％，确定此次评定适用于SINTAP第二级评定，并给出二级评定图，计算结果表明，在裂纹深度α=2.2mm，在极限裂纹长度范围内变化的裂纹，其对应的评定点均落在评定曲线定义的范围内。这说明含有该范围内裂纹的缺陷是可以验收的。比较评定结果发现，裂纹深度方向上的变化较长度方向上的变化对评定结果产生的影响更明显。