城市燃气管道的焊接残余应力分析

城市管网的焊缝形式主要分为螺旋焊缝和对接焊缝,由于在焊缝处存在残余应力的应力集中,焊缝处成为管道最薄弱的地方。文章采用通用的有限元软件ANSYS对焊接过程进行模拟,得出两种焊缝形式下残余应力应变分布规律,并计算在内压作用下两种管道焊缝的三维模型应变分布。     

打孔管道焊接残余应力有限元分析

利用ANSYS有限元软件,对输油管道的螺旋焊缝焊接及被打孔后的修补焊接过程进行了三维热-固耦合数值模拟.计算时通过合理设计单元精度、采用变步长等方法保证了求解精度与速度,获得了焊接过程温度场、应力场的变化规律.研究结果表明:在焊缝区及其周围存在着高焊接残余应力,最大值超过了管道材料的屈服极限.该分析对于输油管道焊接修复的安全施工具有指导作用.     

管道在役焊接接头残余应力的研究

采用SYSWELD焊接模拟软件对X70级管道在役焊接接头应力进行模拟,并将在役焊接残余应力与常规焊接进行对比。结果表明:在役焊接接头残余应力分布规律与常规焊接保持一致,符合管道焊接接头“内凸外凹”的变形机理,但在数值上差别较大。近缝区在役焊接残余应力大于常规焊接,随远离焊接中心,在役焊接应力曲线转变速度较快,且在役焊接和常规焊接环向残余应力拉压应力转变位置不同。     

超声波法焊接残余应力测量技术

总结了超声波法测量焊接残余应力的技术原理及发展历史,指出了声弹性的非线性原理的进一步发展是完成工程结构残余应力精确测量的基础。介绍了西安石油大学超声法应力测量设备的技术特点,以及超声波法在石油管道、高速列车、应力监控等领域的测量工程实例。对焊接残余应力场的声弹性不稳定现象进行了分析,对超声波法测量焊接残余应力的应用进行了总结,提出了适应石油行业残余应力测量的发展方向。     

管道在役焊接修复残余应力分析及应用

目前,对在役焊接的研究多集中在套袖焊接接头变形过程与失效机理方面,对套袖的焊接尺寸和应力分布研究较少。为研究管道在役焊接修复残余应力的分布规律及影响区域,采用ANSYS软件建立套袖焊接有限元模型,分析焊接线能、套袖壁厚、管径及压力对套袖焊接残余应力分布的影响,确定套袖最佳壁厚的计算方法,探究管道壁厚、外径、压力及缺陷尺寸与腐蚀应力分布的关系,建立套袖焊接尺寸计算准则并进行现场应用。研究结果表明：套袖焊缝边缘的轴向应力最大,易出现应力破坏现象,焊缝外侧为压应力,内侧为拉应力,主要与熔池冷却收缩效应有关;在熔池冷却收缩和对流换热共同作用下,焊接残余应力分布随套袖壁厚的增大而增大,焊接线能、管径和压力的影响作用可忽略;应力峰值随套袖壁厚的增大先减小再增加,套袖壁厚选取临界壁厚值时焊接点出现氢致开裂的风险最低。所得结果对管道修复时确定套袖的壁厚和焊接尺寸具有指导意义。     

关于焊接钢管残余应力的思考

阐述了焊接钢管在制造过程中残余应力产生的原因及种类分析了这些残余应力对钢制管道的性能影响，提出了几种如何消除钢管内有害的残余应力的方法。     

焊接工艺参数对焊接残余应力的影响

以16MnR作为实验材料,通过改变焊接工艺参数中的二个最主要因素:焊接电流和焊接速度,研究了焊接电流和焊接速度对构件焊接残余应力的影响。     

铸钢节点对口焊接残余应力及变形分析

运用有限元方法分析研究了铸钢节点对口焊接的残余应力与变形，着重讲述了该结构主要的焊接变形类型、焊接残余应力分布规律，并对理论计算值与试验段焊缝焊接收缩变形测试结果进行了比较。文章的研究成果对推广铸钢节点在工程中的应用具有一定实际意义。     

液化石油气储罐焊接残余应力的测试和分析

采用盲孔法测定了100m~3液化石油气(LPG)储罐的焊接残余应力。测定结果表明,环缝沿焊缝方向的拉伸残余应力大于垂直焊缝方向的残余应力,其值为0.624。应用我国CVDA—84规范对该类卧式储罐焊接缺陷进行评定时其所取用的残余应力当量值是恰当的。     

残余应力对焊接动态变形的影响

通过焊接试验研究了施焊过程中试板焊接变形的规律。结果显示,在本试验条件下,施焊过程中试板先产生向试板中心线以下的变形,随着焊接过程的进行逐渐产生向试板中心线以上的变形,焊缝为多道焊时,第一焊道对变形起主要作用,而其后施焊的焊接动态应变过程趋于稳定,对变形影响较小。     

封面

在高强管线钢的工程应用过程中,较高的焊接残余应力会导致焊缝产生应力腐蚀和疲劳裂纹以至失效。简要介绍了高强度管线钢的焊接方法,对比了传统电弧焊与先进焊接方法的工艺特点,以及不同焊接方法的残余应力分布,概述了通过无损检测手段进行残余应力分析的相关研究结果,并通过数值模拟进行了焊接残余应力的对比和分析。指出,通过不同的数值模型及有限元分析等手段,可快速获得不同焊接方法的接头残余应力分布,以便于对焊接工艺进行调整。     

形变与残余应力对管线钢氢致开裂行为的影响

为探讨管线钢服役过程中和性能检验时引入的塑性变形及残余应力对钢的氢致开裂(HIC)敏感性行为的影响,选用低强度的X52钢和高强度的X80钢进行了试验研究,探讨了力学因素和焊接组织对管线钢的HIC敏感参数测试结果的影响,并利用电子探针分析了成分偏析对HIC成因的影响。结果表明,管线钢的HIC敏感性与显微组织、化学成分偏析及应力状态有密切的联系;钢的形变和残余应力状态对其HIC敏感性的影响依赖于钢的固有HIC敏感性大小,钢的固有HIC敏感性愈高,形变和残余应力的影响愈为显著;从钢管上直接取样进行HIC试验评价更能揭示管线钢固有的HIC敏感行为,采用机械展平法制备试样进行HIC敏感性检验则可能会引起误判后果,尤其是对于小口径管线钢。     

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。     

焊接热输入对堆焊残余应力和变形的影响分析

为了研究热输入对堆焊残余应力和变形的影响,建立了钢板堆焊的有限元网格模型,进行了高斯移动热源的加载,通过改变焊接电流和焊接速度的大小,研究了热输入对堆焊残余应力和变形的影响规律。研究结果表明,焊件最大残余应力节点位于焊缝区域;最大形变处位于焊件宽度方向的外端;一定范围内,增大焊接电流,焊件形变量先变大后变小,最大残余应力数值逐渐变大,最终趋于某一定值;增大焊接速度,焊件最大残余应力和形变量均逐渐减小。     

爆炸处理消除X70管线环焊缝焊接残余应力的研究

研究发现 X70钢的焊接残余应力相当高 ,这对管线在腐蚀环境运行是相当危险的 ,需要消除。采用爆炸处理技术进行试验 ,发现其消除焊缝和热影响区的焊接残余应力的效果 ,无论纵向或横向都很好 ,几乎达 1 0 0 % ,证明爆炸处理技术消除管线环焊缝焊接残余应力是合适的 ,显示出巨大的应用前景。     

焊后消氢处理工艺对高强钢焊接残余应力的影响

以20MnTiB高强钢为试验材料,采用焊后消氢处理方法,对采用相同焊接参数焊接的3块20MnTiB试板分别进行未消氢处理、150 ℃×2 h消氢处理、250 ℃×2 h消氢处理后,使用盲孔法测量了表面焊接残余应力,研究了不同温度焊后消氢处理工艺对构件焊接残余应力的影响。结果表明,焊后消氢处理工艺是影响构件焊接残余应力的重要因素之一,进行焊后消氢处理可以降低焊接残余应力,且焊后消氢处理工艺的温度越高,焊接残余应力降低的幅度越大。     

利用振动时效技术消除链条抽油机机架焊接残余应力

在链条抽油机机架制造过程中 ,为减少机架焊接变形 ,消除机架焊接完成后的残余应力 ,保证机架的尺寸的稳定性 ,在制定合理的焊接工艺的同时 ,采用了振动时效的工艺措施。文章详尽阐述了抽油机机架焊接残余应力的产生及分布情况 ,利用振动时效消除残余应力的基本机理和具体实施方案。通过对抽油机机架在进行振动时效处理前后的残余应力测试数据的分析、对比 ,表明机架在振动时效处理后应力处于均匀化趋势 ,其平均应力和峰值应力普遍降低 ,从而大大减少了机架随时间延伸而发生变形的倾向 ,提高了机架尺寸精度的保持性。     

超洁净管线钢焊接区压应力导入技术可行性研究

针对油气输送管线易于产生应力腐蚀开裂的特点,和逆焊接加热处理技术导入表层压应力的新工艺,为未来采用超洁净管线钢制造的输送钢管和其它各类钢结构防止应力腐蚀开裂提供了技术储备。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。