管道环焊缝冷裂纹试验方法研究

国内外常用评定冷裂纹敏感性的试验方法有20多种,选择其中的斜Y形坡口试验、刚性拘束裂纹试验(RRC试验)和里海试验进行分析对比。通过对这3种冷裂试验方法拘束度的有限元计算以及管道对接环焊缝拘束度的模拟计算,得出以下结论:1同种材料、同样焊接工艺条件下,斜Y形坡口试验和平板对接试验焊缝拘束度远大于管道对接环焊缝的拘束度;2里海试验拘束度的大小与开槽的长度有关,槽越深,拘束度越小;同种材料、同样焊接工艺条件下,通过改变里海试样开槽长度可以模拟实际管道的拘束情况。     

利用拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

焊接残余应力是造成焊缝开裂失效的主要原因,因而精确描述应力对于管道安全输送极为重要,而外加拘束是影响焊接应力分布的众多因素之一。为此,应用ANSYS仿真软件,采用实体—壳单元耦合建模方法,建立了拘束度与焊接过程的温度场和应力场耦合仿真模型,研究了拘束对油气管道焊缝应力的影响。同时,还基于自建的1套自拘束焊接试验装置,实现了不同拘束状态下管道的焊接,并通过应变仪采集焊接过程中的应力应变数据,与模拟结果进行对比,进而证明了ANSYS仿真耦合模型的有效性。结果表明:①对于两端约束的钢管焊接对接接头,随着管长增加,焊缝处的轴向应力减小,在距离焊缝230 mm处的轴向应力亦减小;②焊趾处的塑性应变亦减小,整体焊接结构的拘束度降低;③焊接的管道残余应力随着拘束度的上升而增大,拘束情况对焊接残余应力的影响明显;④拘束度最大的0.5 m×0.5 m管子,其焊接残余拉应力最大可达140 MPa,高残余拉应力会严重削弱管道的整体性能。进而提出建议:加强管道建设期间的焊接施工管理,避免产生管道焊接时的强拘束。     

拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

焊接残余应力是造成焊缝开裂失效的主要原因,因而精确描述应力对于管道安全输送极为重要,而外加拘束是影响焊接应力分布的众多因素之一。为此,应用ANSYS仿真软件,采用实体—壳单元耦合建模方法,建立了拘束度与焊接过程的温度场和应力场耦合仿真模型,研究了拘束对油气管道焊缝应力的影响。同时,还基于自建的1套自拘束焊接试验装置,实现了不同拘束状态下管道的焊接,并通过应变仪采集焊接过程中的应力应变数据,与模拟结果进行对比,进而证明了ANSYS 仿真耦合模型的有效性。结果表明：①对于两端约束的钢管焊接对接接头,随着管长增加,焊缝处的轴向应力减小,在距离焊缝230 mm处的轴向应力亦减小;②焊趾处的塑性应变亦减小,整体焊接结构的拘束度降低;③焊接的管道残余应力随着拘束度的上升而增大,拘束情况对焊接残余应力的影响明显;④拘束度最大的0.5 m×0.5 m管子,其焊接残余拉应力最大可达140 MPa,高残余拉应力会严重削弱管道的整体性能。进而提出建议：加强管道建设期间的焊接施工管理,避免产生管道焊接时的强拘束。     

高钢级管道环焊缝断裂韧性与裂尖拘束关系

基于细观损伤力学理论，采用数值仿真方法建立了单边缺口拉伸与单边缺口弯曲的环焊缝裂纹扩展阻力数值仿真计算模型，针对低强、等强以及高强3种焊缝强度匹配条件，分别计算了面内、面外耦合拘束条件下以裂纹尖端张开位移为表征的环焊缝断裂韧性，比较了不同裂尖拘束参数描述断裂韧性与拘束关联的合理性。结果表明，采用应力三轴度所建立的拘束—断裂韧性关联性较差，而采用裂尖等效塑性区面积作为拘束参数能够较好描述面内、面外拘束对材料断裂韧性的影响。因此，建立了以裂尖等效塑性应变等值线围成区域面积作为拘束参数，用以表征面内、面外拘束与环焊缝断裂韧性的统一关联；进一步采用宽板拉伸试验结果与全尺寸管道环焊缝的有限元计算结果验证了建立的拘束—韧性关联的稳健性。     

球罐用钢热裂纹敏感性试验

我国宝钢已冶炼试制了用于压力容器、管道、桥梁的与德国FG47C钢同类的细晶粒结构钢，为了给该钢种的工程应用提供基本数据，对其焊接热裂纹倾向进行了试验研究。采取国际通用的纵向可调拘束热裂纹试验方法，以不同应变所对应的裂纹总长度TCL值以及不产生裂纹的临界应变εc作为衡量钢材热裂纹倾向的主要依据。在焊接参数相近条件下的试验结果与有关钢种相比较，可以认为新钢种的热裂纹倾向很小，纵向可调拘束试验的临界应变值εc为1．2％。     

油气输送管材料阻力曲线试验研究

针对油气输送管壁薄、高韧性的特点 ,从管体上取样进行了J积分测试 ,以寻找一种有效控制管道断裂的控制指标。试验按照GB2 0 38标准要求 ,采用三点弯曲试样 ,分别对进口X52ERW焊管母材、焊缝以及国产X60SSAW焊管母材、焊缝、热影响区进行系列温度J积分试验。结果表明 ,温度变化对两种焊管各区J积分测试值影响不大。前者的韧脆转化温度约为 - 60℃ ,后者的韧脆转化温度低于 - 60℃。给出了两种焊管母材的焊区JR 阻力曲线的回归方程。对ERW和SSAW焊管各区JR 值进行对比分析表明 ,焊缝JR 值高于母材。在管道设计与安全评价中 ,采用焊管各区JR 断裂韧性和阻力曲线下回归方程和 (或 )母材JR 阻力曲线 ,可得到偏于安全的结果     

高钢级管道环焊缝承载能力全尺寸试验研究

针对含缺陷的X80管道环焊缝,利用全尺寸弯曲试验、力学性能测试和失效评估分析等方法对环焊缝缺陷失效的类型及其承载能力进行了研究和分析,结果表明：试验钢管环焊缝在轴向载荷作用下管道内表面的缺陷在弯曲及内压作用下扩展至管道外表面,从而引发管道泄漏。管道内表面缺陷的开裂方式为可控的延性裂纹扩展形式;钢管弯曲至环焊缝泄漏过程中,钢管母材最大轴向拉伸应变为1.06%,全尺寸试验结果与计算结果一致性较好,可以确定管道的拉伸应变为0.79%。     

对焊前预热产生附加热应力问题的进一步研究

本文首先对焊接接头焊前预热产生附加热应力的机理进行了分析,得到两端刚性固定对接接头模型预热时附加热应力的计算公式,即:附加热应力Δσ_r的大小与拘束度 R、加热宽度 L_Q、预热温度与室温之差(T-T_R)成正比,与焊缝的厚度 hw 成反比。接着分析了在不同预热条件下实际结构产生附加热应力的趋势,提出了在不同情况下附加热应力的估算方法。通过实验室的平板刚性拘束裂纹试验(PRRC)和在实际焊接结构上的验证,说明有关分析和公式是正确的。最后,提出了减小或消除实际焊接结构上的附加热应力的具体措施。     

焊缝结晶过程中的变形规律与热裂纹的形成

用一套差动测试系统可将焊缝收缩与母材热影响区的膨胀区分开而测得焊缝结晶过程中的真实自由收缩量，采用深孔测量法可在接近熔合线处直接测得高拘束度时焊缝结晶过程中的实际变形量。从而了解焊缝结晶过程中的内部变形规律。同时在研究焊接线能量对这一规律影响的基础上，对热裂纹的形成和发展机理进行了深入分析，为进一步探索防止焊缝热裂纹的工艺措施提供了重要的理论依据。     

低温环境下输油管线钢焊接性能试验研究

在低温环境条件下进行输油管线钢焊接施工时,焊缝冷却速度较快,影响焊缝金属的结晶形态和焊缝金属中的杂质含量,从而影响焊缝和热影响区的力学性能。我国在环境温度低于-5℃下的管道焊接技术还处于探索阶段。按照国外焊接工艺规程,对-28℃～-15℃环境温度下X60输油管线钢焊接接头进行了力学性能试验。结果表明,低温环境对焊接接头的拉伸、面弯、背弯及刻槽锤断、硬度性能影响不明显;但对低温冲击韧性值有较大的影响,当层间温度小于55℃时,焊接接头的低温冲击韧性值出现一定的离散性,说明较快的焊缝冷却速度使焊缝金属的韧脆转变温度升高。     

埋弧焊管弯曲试验开裂原因分析

对埋弧焊管检验中出现的正弯和反弯不合格试样进行了金相分析,发现这些不合格试样均在焊缝焊趾处存在微裂纹或微咬边,这是导致弯曲开裂的主要原因。产生微裂纹的原因是焊缝与母材过渡不平滑,焊趾处应力集中过大,再加上矫平试样时未去除焊缝余高;产生微咬边的原因是焊接过程中焊接规范不恰当或焊接过程设备运行不稳定。     

Φ3 040 mm超大直径SAWH钢管自动补焊装置的研制及应用

为了提高补焊作业效率,针对结构钢管及桩用超长、超大直径螺旋焊管的对头焊缝和螺旋焊缝缺陷,进行了Φ3 040 mm SAWH钢管自动补焊装置的研制和应用。自动补焊装置利用旋转辊旋转轨迹和焊枪平移轨迹合成螺旋焊缝运动轨迹的原理,实现了自动跟踪补焊功能。该装置主要由补焊台架、补焊机构与旋转辊3部分组成,焊接方式采用CO2气体保护焊。生产实践应用表明,自动补焊装置的应用使焊缝质量得到了优化,并且大幅提高了生产效率,降低了劳动成本。     

X80螺旋埋弧焊管对接环焊接头失效裂纹分析

通过化学成分、微观组织、断口形貌分析等方法对某管线建设中X80螺旋埋弧焊管环焊接头裂纹产生的原因进行了研究。结果表明,裂纹出现于对接焊缝焊趾处,呈现沿晶+穿晶的开裂形貌,属于焊接冷裂纹。焊接接头气孔、夹渣和焊接死口处拘束应力过高是裂纹产生的主要原因,焊接工艺不当是裂纹产生的直接诱因,焊接前对管径周向全尺寸进行预热是防止该裂纹产生的主要途径。     

海上风机基础用S355NL直缝焊管双丝埋弧焊工艺设计

S355NL细晶粒结构钢以其优异的性能在海上风电、石油平台、焊接钢管等方面得到广泛应用。为进一步提高焊接钢管的生产效率,获得性能优良的海上风机基础用钢管焊接接头,开展S355NL直缝焊管的焊接工艺研究。采用双丝埋弧焊方式,选用低镍合金焊材,不仅能够细化焊缝组织晶粒,同时降低淬硬倾向,提高S355NL直缝焊管焊缝的低温冲击韧性。在焊接过程中采用多层多道焊接,控制热输入≤5.0 kJ/mm,减少熔合区和热影响区在高温区域停留时间,保证熔合线和热影响区冲击性能。试验结果表明,该工艺所制试板及成品焊管各项力学性能试验合格,能够满足-40℃夏比冲击试验要求。生产应用表明,该焊接工艺制定及焊材选配正确恰当,能够提高焊接生产效率。     

钢制矩形容器加强筋开裂失效原因分析

针对某钢制矩形容器在试压过程中出现加强筋开裂失效的现象,从该设备设计时的材料选用、制造过程中的异种钢焊接和产品质量控制等方面进行了分析,同时应用有限元软件ANSYS进行了具体的分析设计计算。结果表明,该罐体加强筋对接处未按设计图样要求进行开坡口的全熔透焊接是造成在试压过程中出现加强筋开裂失效的主要原因。根据分析设计计算结果,试验工况下最大变形量和最大应力与最大允许值比较接近,说明此部位需进行加强,以避免由于局部应力过大而导致设备发生失效。     

焊前预热的作用及冷高压设备焊前预热温度的确定

焊接冷裂纹的本质是氢致开裂,控制预热温度是防止冷裂纹最有效的手段.在计算预热温度时,应综合考虑碳当量、焊接接头的厚度、焊材氢含量及焊接热输入量等因素的影响.对于冷高压设备而言,采用标准EN 1011.2:2001中的方法可以得出各种因素的影响程度,并由计算结果看出,焊接接头的厚度、焊材氢含量的影响比较明显.另外还讨论了...     

工艺参数对SA335 P91钢焊缝根部凝固裂纹的影响

运用正交试验的方法分析了焊接电流、焊接速度和左右焊道搭接区电弧停留时间等主要工艺参数对SA335 P91炉管全位置固定单面焊双面成形对接焊缝根部凝固裂纹的影响。研究结果表明,焊接电流、搭接区电弧停留时间是主要的影响参数,尤其以搭接区电弧停留时间的影响最为显著。过长的搭接区电弧停留时间和过大的电流会使搭接区形成粗大、方向性极强的板条马氏体组织,且造成晶界上S的低熔点共晶偏析严重。凝固裂纹的产生主要取决于S的低熔点共晶化合物在晶界上的分布形态,而不是单纯取决于S的绝对含量,在S质量分数比较高的情况下,如果以膜状或者块状物形式分布的硫化物存在于晶界上,则容易导致凝固裂纹的产生。     

X80管线钢焊缝横向冷裂纹G-BOP试验研究

为了确定X80管线钢焊缝横向冷裂纹敏感性影响因素,选用焊缝横向冷裂纹G-BOP（gapped bead-on-plate）试验方法,利用有限元分析计算平板焊缝应力集中部位,在模拟极端的环境温度、湿度以及预热温度的情况下,观察实际平板对接焊缝表面裂纹情况。试验结果显示,X80管线钢横向裂纹对环境湿度、温度以及预热温度不敏感。研究表明,利用这种简便、经济、实用的小型试验方法研究焊缝横向冷裂纹敏感性,对指导实际生产将起重要作用,并可为X80管线钢管环焊工艺的制定提供指导。     

UNS N06625镍铬合金焊接工艺研究

分析了Gorgon液化天然气项目应用的UNS N06625镍铬合金管道的焊接性,并对该管道进行了焊接工艺评定试验,提出了控制焊接质量的措施。研究分析表明,UNS N06625镍铬合金焊接应采用较小的热输入,焊接工艺选用手工钨极氩弧焊和INCONEL Filler Metal 625焊丝,可以避免在焊接过程中出现热裂纹,使焊缝获得与母材良好匹配的性能。通过焊后无损检测和理化性能检测,UNS N06625镍铬合金焊缝性能符合标准要求。     

一种脐带缆用S32750钢管单元全位置脉冲TIG焊接工艺研究

为了对一种脐带缆用S32750钢管的单元全位置脉冲TIG焊接工艺进行研究,通过力学、金相及腐蚀等试验手段对其焊接工艺进行了验证,同时通过大量工艺试验优化出了一种最佳的焊接工艺,并进行了实际生产应用。试验结果表明,采用该全位置TIG焊接技术,焊接接头的所有理化性能均满足ISO13628—5的要求。生产实践表明,优化后的焊接工艺焊缝的质量稳定,可用于批量生产S32750脐带缆用盘管。