An experimental study of the fracture properties of oil pipeline girth welds

The application of fracture mechanics to the "Fitness For Purpose" assessment of the fracture properties of pipeline girth welds is generally essential for the safe operation of oil pipeline systems. Based on the analysis of the fracture toughness requirements of the oil pipeline girth weld, a systematic study has been conducted on the fracture behavior of the API 5L X65 steel pipelin egirth weld made by two welding materials. The critical COD values of the pipe line girth weld under the different temperatures are tested. In the paper other influential factors on fracture behavior are also discussed, such as the welding materials, the welding positions (flat welding, vertical welding, overhead welding), the welded joint area (weld, heat-affected zone, fusion line and base metal) and the experiment temperature. The result shows that the welding material, the welded joint area and the experiment temperature have considerable influence on the fracture behavior of pipeline girth welds. It is also concluded that t he effect of the welding position is related to the welding process. The study provides a scientific basis for the welding of oil pipelines.     

基于Sysweld的T形管焊接件温度及应力应变场数值模拟分析

采用双椭球体热源分布模型,基于Sysweld软件平台,对常用的暖气运输管道中T形管焊接过程进行数值模拟仿真.首先通过UG建立三维模型并导入Hypermesh进行了网格划分,之后在Sysweld中对焊接过程进行模拟仿真,获得了温度场及应力应变场的分布情况.然后对焊接过程温度云图及焊件整体形变进行了详细的分析,结果表明,热源处的温度达到2500℃左右,在焊缝周围形成了明显的热影响区;并在焊缝区域出现应力集中情况,其最大应力为277 MPa,在其材料的屈服应力范围内(345 MPa);且在焊缝处出现下凹现象,最大变形量为0.29 mm.此次分析为实际焊接提供理论依据.     

Twinning in weld HAZ of ZK21 commercial magnesium alloy

The microstructure and properties of Mg ZK21 laser beam weld without filler were researched using optical microscopy (OM),electron microscopy and mechanical test.The results show that the fracture strain of the joints after laser beam welding reduces by about 10.7%at room temperature.By means of laser beam welding,the fusion zones contain tensile RS,while the base material far away from the fusion line is under balancing compressive RS.The microstructures of the weld were characterized by a narrow heat a...     

G115钢管埋弧自动焊焊缝冲击性能不足的原因分析及热处理修复措施

采用埋弧自动焊(SAW)对大口径厚壁G115钢管进行焊接,焊后经785℃回火后发现焊缝冲击吸收能量低于标准要求的最低值。通过对焊接方法、焊材及回火温度的分析和试验表明,焊缝的回火温度超出了熔覆金属的Ac₁点,产生不完全相变组织,且碳化物回溶、沉淀强化作用减少、马氏体亚结构和位错密度降低、析出相长大粗化等多种因素的交互作用最终造成了焊缝冲击性能的下降。采用1080℃×3 h正火+770℃×6.5 h回火的热处理修复后,焊缝的冲击性能得到大幅度的提升。     

手工自蔓延焊接热循环测试与分析

焊接过程是一个牵涉到传热传质、金属熔化与凝固的复杂过程,焊接能量分布、焊接熔池中的流体流动及其传热过程对焊接质量有着重要的影响。介绍了焊接热循环试验原理和试验设计,测试了手工自蔓延焊接热循环,并将测试结果与传统焊接热循环相比较,分析认为:在焊缝中心线上的温度循环中,距熔合线位置越远温度越低,在焊缝横截面上的温度循环随着布点距离的增大,温度下降;热循环在800℃以上停留时间过长,导致热影响区成为手工自蔓延焊接接头的薄弱区域,并提出了解决方案。     

09MnNiDR低温钢管双面双层三丝自动埋弧焊接研究

介绍了09MnNiDR低温钢管的焊材、焊接方法、后续热处理以及检测工艺的选择和试制情况。认为:09MnNiDR低温钢管的质量取决于焊材和焊接能量,选取焊丝CHW-S13、焊剂CHF105DR,并遵守热输入优先控制原则,其焊缝具有稳定的抗低温冲击性能;在JCOE生产线上采用双面多丝埋弧焊,可起到多道焊接的效果,细化晶粒,得到针状铁素体;采用保温温度590~620℃、保温时间60 min、300℃以下出炉空冷的后续热处理,可提高焊接接头的性能。     

Microstructural evolution and mechanical properties of semisolid stir welded zinc AG40A die cast alloy

A high quality joint of zinc based pressure die cast alloys can be hardly achieved by conventional fusion welding. In this study, a novel technique to achieve the globular weld structure using stirring the localized semisolid zone during butt joining of Zamak-3 pressure die cast alloy is proposed and effect of welding parameters on mechanical and microstructural properties are investigated. A gas heating system was designed to heat up the nitrogen gas to desired temperature accurately to create a localized semisolid pool. At this stage a fine stirrer was introduced into the weld seam in order to mix the two sides into a single uniform joint. By presented process, globular microstructure of the weld zone is gained while the near weld zone would have the globular structure due to semisolid holding. Local mechanical properties of different zones show a good strength by results of the shear punch and hardness tests.     

退火温度对50 mm厚316L电子束焊接头微观组织与力学性能的影响

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)真空室窗口领圈的组焊采用电子束焊,由于板厚较大,焊后残余应力较大,且焊缝从顶部到底部存在组织不均匀性,需要采用焊后退火处理进一步优化组织性能. 为了探索合适的退火工艺,采用单温区管式炉对50 mm 316L不锈钢电子束焊试样在200 ~ 450 ℃的范围内进行了退火试验,并采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)手段分析了不同退火工艺下接头热影响区及焊缝的晶粒组织. 对不同退火工艺下接头的顶部、中部与底部区域进行了拉伸试验和显微硬度测试. 结果表明,随热处理温度的提高,焊缝及热影响区的位错密度出现下降,由此引起的第3类内应力得到释放;300 ℃热处理后接头不同区域的抗拉强度和断后伸长率都较为优异,且拉伸试样的断口中均未发现大量析出相颗粒; 接头各区域显微硬度在不同退火温度下的变化趋势与抗拉强度的变化趋势近似一致.     

LPG储罐焊接接头低温抗断裂性分析

通过ＣＯＤ试验测定了两种用于ＬＰＧ储罐建造的结构钢焊接接头低温抗断裂性能，研究了材料与工艺组合、试验温度等因素对焊接接头低温抗断裂性的影响，所得结果为ＬＰＧ储罐的选材与焊接工艺制定、结构的抗断裂分析提供了基础数据。     

核电SA508-3钢大型筒体环焊残余应力分析

为了准确地预测核电SA508-3钢的大型筒体环焊温度和残余应力变化规律,基于ANSYS有限元软件,引入子结构法优化焊接模拟过程,并比较模拟结果与试验数据.结果表明,文中采用的计算方法成功地模拟了更加接近真实的筒体环焊过程,且模拟结果与实测值基本吻合;焊缝上所有节点的热循环曲线相似,热影响区的模拟宽度为4 mm左右;筒体外表面焊缝中心线上任意节点的残余应力大小相近,仅在靠近筒体外表面焊缝中心线附近存在一定的轴向压应力,其它区域大部分为拉应力,环向保持较高的拉应力;筒体焊后产生内凹残余变形;结果可为分析大型筒体环焊残余应力提供参考数据.     

PM-TZM钼合金电子束焊接特性

为研究PM-TZM钼合金电子束焊接特性,对其进行了电子束焊接试验,分别对接头显微组织及力学性能进行了分析. 结果表明,PM-TZM钼合金电子束焊缝呈“钉状”几何特征,熔合线附近有链状气孔出现. 焊缝区由粗大的等轴晶及柱状晶组成,热影响区晶粒相比于母材明显长大. 接头各区域硬度值不同,焊缝区硬度与母材相当,硬度最低值出现在两侧热影响区.PM-TZM合金电子束焊接接头有较大的性能损失. 接头室温最高抗拉强度378 MPa,为母材抗拉强度的47%,1 000℃抗拉强度168 MPa. 接头拉伸断裂均发生于焊缝区,呈典型的脆性解理断裂特征.     

微焊点纳米压痕循环力学行为与承受载荷的关联性

通过对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu微焊点进行循环加载-卸载方式的纳米压痕试验,研究了焊点循环力学行为与承受最大载荷的关联性.结果表明,循环F-h曲线在闭合前表现为1个迟滞回环,随着最大载荷的增加,焊点迟滞回环的面积和残余压痕深度增大;当最大载荷一定时,迟滞回环的面积及残余压痕深度增量随着加载次数的增加逐渐减小;微焊点的压痕蠕变C随最大载荷的增大而不断降低,同时随加载次数的增加先急剧减小而后逐渐趋于平稳.Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点的压痕蠕变低于Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点的蠕变量.     

低活化铁素体/马氏体钢厚板光纤激光焊接接头组织及力学性能分析

针对核聚变反应堆试验包层模块(TBM)中使用的CLF-1低活化铁素体/马氏体钢进行焊接试验,采用15 kW光纤激光,实现了17.5 mm厚CLF-1钢的穿透焊接,得到了正反表面成形良好、无明显缺陷的焊接接头,并对接头显微组织及力学性能进行了分析研究. 结果表明,焊缝区主要为粗大的板条马氏体;熔合线附近热影响区为细小的板条马氏体和少量贝氏体;不完全淬火区为经焊接热循环作用下二次回火的回火索氏体及马氏体双相组织;接头室温及550 ℃高温抗拉强度较高,均断裂于母材;焊缝显微硬度高于母材,且热影响区无明显软化;接头冲击韧性良好. 接头综合力学性能良好.     

Rotating arc horizontal narrow gap welding of high strength quenched and tempered steel

Rotating arc horizontal narrow gap welding of quenched & tempered ( Q&T) steel was innovatively performed for solving the bottleneck that the molten pool sagged due to the gravity. The shapely multilayer single pass horizontal joint could be obtained by using the rotating arc welding process. The cold crack was not observed in the joint without controlling the heat input and selecting the consumables intentionally. Mkrostructure of the joint could be divided into three zones:base metal zone ( BMZ) , heat-affected zone (HAZ) and weld zone ( WZ). Because of the characteristic of the rotating arc horizontal welding process, the defects in the joints were slag inclusion formed at the inUrlayer of lower side wall. The tensile strength and hardness of HAZ and WZ were larger than those of BMZ. The impact toughness in WZ, HAZ and BM at 0℃ is equal to 115, 212 and 236 J, respectively.     

八万吨模锻压机主缸焊接应力场有限元分析

针对八万吨模锻压机主缸焊接应力和变形难于精确控制的问题,建立了主缸焊接有限元模型,通过模拟计算和试验验证,得到了主缸焊接温度场、应力场和变形.结果表明,主缸焊接过程中焊缝温度最高,约为2 100℃,接头区域温度梯度最大.主缸焊后最大位移位于主缸顶部,位移量约为7.4 mm,焊缝区位移量较小.在焊接前应考虑对主缸底部和顶部进行约束,防止焊后产生较大变形.主缸焊缝区等效应力最大,约为470 MPa,热影响区应力次之,母材应力最小.在热处理前要注意接头上表面是否存在焊接裂纹等缺陷.以上结果为主缸实际焊接提供了计算数据参考.     

9%Cr-1%Mo耐热钢焊缝金属显微组织特征解析

提出了“焊道热影响区”的概念。通过对多层多道焊缝中焊道热影响区特征区域的划分,不同区域中各特征点所经历的焊接热循环曲线的绘制,解析了9％Cr-1％Mo耐热钢焊缝金属显微组织特征。焊缝金属中各点距其后续焊道熔池的距离,决定了其所经历的焊接热循环的峰值温度、焊接热循环次数;不同的峰值温度决定了各点所处的相变区域不同、所发生的组织转变不同;不同的焊接热循环次数也决定了发生的组织转变不同;各点所经历的焊接热循环可分为不同类型,根据焊接热循环的类型可全面完整解析焊缝金属组织。文中方法为针对9％Cr-1％Mo耐热钢提出的,但它同样适用于其它Cr-Mo高合金钢焊缝金属的组织分析,     

铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟

根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点,利用ANSYS软件,模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化;对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响,确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好,验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.     

35CrMoA+S275NL异种钢焊接工艺研究

在不同的焊接工艺条件下,用自动TIG焊对35CrMoA+S275NL异种钢进行了焊接.通过焊接接头试样,分析了焊缝和热影响区金属的显微组织,并测试了焊接接头的显微硬度.结果表明,在不同的焊接工艺条件下,均能获得冶金结合良好的焊接接头,当焊接电流为100A、焊前进行150℃预热时,获得焊缝金属的组织更细小,非金属夹杂物和...     

热处理对极寒服役条件下弯管用X70钢焊接接头组织和性能的影响

采用手工焊条电弧焊焊接X70管线钢,模拟弯管热煨工艺,对焊接接头进行调质处理,采用950 ℃淬火,分别采用500、550和600 ℃回火,研究回火温度对X70管线钢焊接接头组织形貌和力学性能的影响。结果表明,经过调质处理后,焊缝中心和热影响区组织为回火索氏体,-45 ℃低温冲击吸收能量明显下降。随着回火温度的升高,焊缝组织中碳化物析出增加,分布逐渐均匀,针状铁素体增加,冲击吸收能量增加。在550 ℃回火时,热影响区-45 ℃低温冲击吸收能量最高,在600 ℃回火时,热影响区组织粗大,析出碳化物粗大,低温冲击吸收能量降低。调质处理后,焊缝中心硬度最高,拉伸时从母材处断裂,强度满足要求。由此可知,焊接接头在550 ℃回火时可以获得最佳强韧匹配性能。     

高温合金电子束焊接温度场数值模拟

根据熔池边界准则应用有限元方法对高温合金电子束焊接温度场进行了数值模拟.通过线性插值、等效代换等方式估计材料高温参数,模拟材料状态变化.针对电子束焊接特有的钉头状焊缝及其穿透深度大的特点,采用高斯面热源与柱体热源组成的组合热源模型,对焊接温度场进行分析,模拟结果与实际焊缝取得了良好的一致.获得了一定工艺条件下高温合金电子束焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线,为优化电子束焊接工艺和电子束焊接残余应力研究提供了参考.