海底管线焊接接头δ-R曲线的试验研究

根据BS7448：Pan Ⅳ断裂韧度试验标准，采用多试样法，拟合建立了焊接接头的δ-R曲线，确定了焊缝和热影响区(HAZ)的启裂值δ0.2。较全面地介绍了试验及曲线建立中应注意的细节问题。     

X80级海洋隔水管埋弧焊接头CTOD试验研究

依据英国BS 7448断裂韧性试验标准,对X80级海洋隔水管埋弧焊接头进行了低温CTOD（裂纹尖端张开位移）试验研究,测试了X80级533 mm×25.4 mm海洋隔水管对焊接头在0℃下焊缝中心和热影响区的CTOD断裂韧性。试验结果表明：0℃下焊接热影响区的CTOD值大于焊缝中心,即焊接热影响区的低温断裂韧性好于焊缝中心;0℃下对焊接头焊缝中心和热影响区的试样中超过半数在启裂时就发生失稳断裂,焊缝中心试样失稳断裂的比例更大,失稳现象与裂纹扩展方向上存在的脆性区域有关,脆性区域越大失稳现象越显著。     

CTOD断裂韧度试验在海洋平台建造中的应用

根据BS74 48和DNV OS C 4 0 1断裂韧度试验标准 ,对EH36钢 (板厚 5 5mm)焊接接头的低温 (0℃和 - 15℃ )裂纹尖端张开位移 (CTOD)进行测试 ,其验收标准采用DNV标准 ,即CTOD值大于 0 15mm。试验结果表明 ,未经焊后热处理的EH36钢手工电弧焊、单丝埋弧焊和双丝埋弧焊 3种工艺的焊接接头的焊缝和热影响区 (HAZ)低温下绝大部分试样的断裂韧性值是合格的。EH36钢手工电弧焊、单丝埋弧焊和双丝埋弧焊焊接接头可以在不进行焊后热处理的情况下使用 ,这对缩短海洋平台结构的制造周期 ,降低制造成本意义重大。     

双焊炬自动焊焊接接头CTOD断裂韧性试验研究

根据BS7448断裂韧度试验标准,分别对海洋管线用X65钢双焊炬自动焊焊接接头自然冷却和喷淋冷却的低温（5 ℃）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,然后由所得到的焊缝和热影响区（HAZ）的P－V曲线来计算CTOD值,并对比自然空冷和喷淋冷却的焊接接头CTOD值。结果表明,焊后喷淋对CTOD值没有显著影响。该试验结果为焊接方法、焊接规范参数和喷淋工艺参数的选择提供了参考依据。     

X70级管道环焊缝接头残余应力数值模拟

根据试验确定了X70级管线钢管环焊热源模型,并利用数值模拟软件Sysweld计算了焊接热循环过程,确定了焊接接头在焊接过程中温度和应力的变化过程及其分布,以及焊后残余应力的大小和分布。计算结果不仅可以预测焊后残余应力,还可以为优化焊接参数、改善焊接接头组织性能提供参考。     

螺旋埋弧焊管预精焊焊接接头性能分析

介绍了螺旋埋弧焊管预精焊生产工艺,对预精焊工艺生产X70钢级φ1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管焊接接头拉伸试验、夏比冲击试验、维氏硬度试验等试验结果进行了统计分析,并与传统的一步法工艺进行了对比.结果表明,预精焊生产工艺焊接接头抗拉强度与一步法工艺基本相当,夏比冲击韧性、维氏硬度等性能略优于一步法工艺,综合...     

L360QS/316L不锈钢复合钢管焊接工艺和性能研究

介绍了?准355.6 mm×(10+3) mm规格L360QS+316L不锈钢复合钢管的新型焊接工艺,即首先采用TIG焊在复合钢管管端进行堆焊预处理,然后再采用氩气保护TIG焊进行对焊操作。为评价环焊缝的性能,焊后对其焊接接头进行了拉伸试验、冲击试验、硬度测试、晶间腐蚀及应力腐蚀试验。试验结果表明,采用该工艺焊接的L360QS+316L不锈钢复合钢管环焊缝焊接接头性能良好,且具备耐晶间腐蚀和应力腐蚀性能;堆焊层起到了很好的隔离作用,保证了焊缝的质量。     

连续管全位置自动对接焊工艺和接头性能研究

为了进一步提高连续管在油田现场的使用价值和经济效益,设计了一种连续管全位置自动对接焊(自动TIG焊)工艺。采用该焊接工艺对Φ38.1 mm×3.4 mm规格CT80连续管进行了管-管对接焊,并对其焊接接头的强度、塑性、硬度及疲劳寿命进行了检测。检测结果表明,采用该焊接工艺获得的连续管管-管对焊接头,其内外焊缝成形良好,具有优良的强塑性和抗弯曲变形能力,具有较高的疲劳寿命,能满足作业现场的使用要求。     

SA516-Gr70钢焊接接头低温断裂阻力研究

采用CTOD试验方法,对SA516-Gr70低温钢窄间隙自动焊焊接接头不同区域、不同取样位置的低温CTOD断裂阻力曲线及其特征值进行了比较研究,结果表明,焊接接头中存在着明显的力学性能不均匀性;焊缝金属和熔合区的低温断裂韧性均优于母材金属;沿板厚方向,后焊区域的低温断裂韧性优于高于先焊区域。     

单试样卸载柔度法测定X70管线环焊缝断裂韧性阻力曲线

为了预防X70管线环焊缝受塑性变形时的失效,采用单试样卸载柔度法对基于应变设计的X70管线环焊缝的焊缝金属及热影响区进行单边缺口拉伸试验,获得了裂纹延性扩展过程的断裂韧性阻力曲线,并对热影响区试样的试验结果进行了有效性验证。结果表明,焊缝金属和热影响区试样的断裂阻力曲线分别为δ=1.348 55(Δa)~(0.643 34)和δ=1.600 42(Δa)~(0.709 99),热影响区试样的断裂始距焊缝熔合线0.5 mm以内,试验结果为管线基于应变设计和工程临界评价提供了依据。     

X70管线钢管环焊接头氢脆敏感性研究

针对X70管线钢管环焊接头进行12 MPa总压、0.36 MPa氢分压下的缺口拉伸试验,研究焊接接头的氢脆敏感性变化,并结合断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验对其的断裂韧性和裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,热影响区位置的断面收缩率下降较明显,表现出较高的氢脆敏感性;与常温常压空气中的原始数据相比,X70钢热影响区在0.36 MPa氢分压环境下的裂纹尖端张开位移（CTOD）值下降了9.6%,断裂表面未出现二次裂纹;X70钢热影响区的疲劳裂纹扩展速率与空气环境相比增加了一个数量级,说明氢气能够增大材料的疲劳裂纹扩展速率,但根据实际管道压力波动情况,在0.36 MPa氢分压条件下X70钢管的氢脆敏感性较小。     

高钢级管道环焊缝缺陷容限尺寸数值分析

采用数值模拟方法研究了X70和X80管道的缺陷容限尺寸和抗断裂能力。研究结果表明,缺陷容限尺寸与焊接接头匹配性能有着密切的联系,无论是气孔容限尺寸还是裂纹容限尺寸,都随匹配系数的增加而增加,即高匹配的焊接接头具有较高的缺陷容限尺寸。缺陷容限尺寸数值大小反映了管道的抗断裂能力的高低,对于高钢级管道环焊缝,当采用高匹配焊接接头时,其缺陷容限尺寸比低匹配焊接接头要大,高匹配焊接接头具有较好的抗断裂能力。     

高强度管线钢焊接接头不同缺口位置的断裂韧性研究

采用夏比冲击试验,研究了X65级高频焊管、X80和X100级埋弧焊管焊接接头不同缺口位置的断裂韧性,用扫描电镜和金相方法分析了冲击试样断口特征和微观组织。结果表明,高钢级管线钢高频焊接焊缝处的断裂韧性最低,其冲击功大小与热处理工艺密切相关;而埋弧焊接热影响区断裂韧性在熔合线处最低,其主要原因是此处的组织为粗大的粒状贝氏体,而且强度越高焊接热循环对管线钢的作用越强,在熔合线附近更容易产生粗大组织,使断裂韧性降低。讨论了油气输送管道用钢管标准和技术条件对焊缝和热影响区冲击试样缺口位置的规定。     

X70厚壁海底管线钢管研制

根据我国南海深海管线用钢管的技术要求,开发出了厚壁X70钢级φ765.2 mm×31.8 mm海底管线钢管。通过对钢管进行检测:钢管管体纵向和横向屈服强度≥550 MPa,抗拉强度≥660 MPa,屈强比最低达到0.81,焊缝抗拉强度达695 MPa,均匀延伸率达到了7.6%,断后伸长率达到54%;在-20 ℃下管体冲击功平均值为340 J,焊接接头冲击功平均值最低为168 J;在0 ℃下管体CTOD特征值δm最高达到0.688 mm,焊接接头最小为0.222 mm,热影响区最小为0.280 mm。钢管管体母材、热影响区、焊缝部位的抗氢致开裂、硫化物应力腐蚀及盐雾腐蚀性能良好。试验结果表明研制的X70钢管具有优良的强塑性、低温韧性、断裂韧性及耐腐蚀性能,适用于海洋服役环境的油气输送。     

抗延性断裂X80厚壁直缝埋弧焊管的研发

为了满足油气输送管道对钢管止裂韧性的要求,采用超低C、低S、低P、无Mo或少量Mo以及Ni-Cr-Cu-Nb为主的合金设计体系和控轧控冷技术,开发出抗延性断裂的X80钢级Φ1 219 mm×33 mm厚壁直缝埋弧焊管。按照标准对该产品进行了夏比冲击性能、DWTT性能检测。检测结果显示,钢管管体屈服强度为570~665 MPa,抗拉强度为640~746 MPa,焊接接头抗拉强度为655~740 MPa;-10 ℃条件下母材夏比冲击功平均值达380 J,焊缝夏比冲击功平均值达165 J,热影响区夏比冲击功平均值达283 J;0 ℃条件下全壁厚DWTT试样剪切面积平均值＞80%。各项性能试验结果表明,开发的钢管满足抗延性断裂的要求,同时具有优良的低温韧性。     

高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术研究

为了全面掌握高钢级管道止裂韧性预测方法,对高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术进行了研究。在设计试验流程、钢管排布、传感器安装和数据采集等方案的基础上,对Φ1 422 mm X80钢级螺旋缝埋弧焊管进行了压力13.3 MPa的全尺寸气体爆破试验。结果显示,管道全尺寸爆破试验顺利实施,裂纹扩展速度、减压波等数据采集技术可靠,测试结果准确,与理论计算结果一致性较好。结果表明,我国已攻克并掌握全尺寸气体爆破试验关键技术,进一步提升了管道断裂控制研究方面的能力。     

强度匹配对焊接钢管断裂韧性影响的有限元分析

为了研究焊接过程中强度匹配对焊接接头断裂韧性的影响,以弹塑性断裂力学理论为基础,基于细观塑性损伤模型,应用ABAQUS软件对大范围屈服条件下的全周向内裂纹管采用轴对称模型及基于小范围屈服的修正边界层模型（MBL）分别进行有限元模拟分析计算。研究结果表明:高配且匹配系数越高,焊接接头的断裂韧性及阻力曲线越高;随匹配系数增加,失配约束M减小,管子的断裂韧性增大;不同强度匹配引起的失配约束差异随裂纹扩展而增大。     

抗酸性X70MS直缝埋弧焊管的研制

采用低C、低Mn、合金化设计和超洁净化冶炼制造的X70MS抗酸性钢板,通过控制焊接接头硬度、焊接热输入以及钢管残余应力等,开发制造出了X70MS抗酸性直缝埋弧焊管,并对焊管管体和焊缝组织性能进行了研究。结果表明,管体和焊缝的硬度均小于250HV10,0℃下母材冲击功大于410 J,焊接接头冲击功大于168 J;按照NACE-0284标准进行HIC测试,管母和焊接接头裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)及裂纹厚度率(CTR)均为0;按照NACE-0177标准进行SSCC测试,采用A溶液,在72%ReL及90%ReL载荷下,管母和焊接接头均未出现断裂,管材表现出良好的力学性能和耐酸性。