单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用

介绍了单试样柔度法的基本原理,并系统对比分析了该方法在不同断裂韧性测试技术中的应用情况。单试样柔度法是利用弹性柔度技术通过1个试样得到断裂韧性阻力曲线上多个点的试验方法。单试样柔度法理论基础强,计算过程复杂,涉及到测试柔度校正、裂纹扩展尺寸计算、断裂韧性公式推导等内容。健全和完善单试样柔度技术,有利于推动各种断裂韧性测试方法的发展,有利于更加便捷、准确的获得管线钢及环焊缝的断裂韧性值,对管线钢焊接技术的发展和环焊缝性能评估具有重要意义。     

X70管线钢管环焊缝宽板拉伸试验

利用宽板拉伸试验方法,结合有限元模拟分析,对X70管线钢管环焊接头进行了缺陷评估试验。研究了含有尺寸为3.5 mm×50 mm裂纹缺陷的焊缝在拉伸试验过程中受力变形及裂纹张开变化行为,并结合金相组织分析,评估了带缺陷焊缝的安全性。结果表明,采用适当焊接工艺的X70高强匹配环焊缝,在含有3.5 mm×50 mm尺寸裂纹缺陷情况下,管道整体轴向应变可达3.2%,裂纹不发生失稳扩展,缺陷依然可靠。     

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100％，证明爆炸处理技术消除管线环焊缝接残余应力是合适的，显示出巨大的应用前景。     

基于主曲线法的X70钢环焊缝断裂韧度研究

高钢级管线钢环焊缝在韧脆转变区内的断裂韧度具有高度离散性及温度相关性,因此很难对其进行合理评价。分别采用12.7 mm(0.5 in)小尺寸三点弯试样和仪器化压痕法,测试了X70钢环焊缝低温下的断裂韧度,在此基础上获得其主曲线参考温度T₀。结果表明,基于小尺寸三点弯试样的X70钢环焊缝主曲线参考温度T₀=-98℃,1%和95%累积失效概率曲线可以很好地包络韧脆转变区内的断裂韧度。温度高于-60℃时,断裂韧度包络曲线并不保守;基于仪器化压痕法的X70钢环焊缝主曲线参考温度T₀=-76.5℃,5%和99%累积失效概率曲线可以包络其韧脆转变区内的断裂韧度。主曲线法可以很好地规避环焊缝断裂韧度描述的高离散性问题。相比较而言,基于压痕法的主曲线偏于保守。     

X70海洋管阻力曲线的测定研究

为了测定X70海洋管的阻力曲线,并以此来描述材料的断裂行为,采用多试样法对X70海洋管焊接接头进行低温CTOD试验,分别在0℃测试焊缝、热影响区和母材的断裂韧性并拟合阻力曲线,得到启裂韧度δ_(0.2)。通过类比法,确定最小允许值为0.2 mm较为妥当。X70海洋管焊接接头启裂韧度δ_(0.2)均值大于0.2 mm,显示韧性良好。结果表明,其具有良好的抗开裂性能,可免除焊后热处理,节约成本,试验结果为有效评价X70级直缝埋弧焊海洋管焊接接头提供了可靠依据。     

X70输气管道对接环焊缝开裂原因分析

某X70输气管线在进行环焊缝隐患排查时,发现1处环焊缝存在裂纹缺陷。通过宏观形貌分析、无损检测、力学性能试验、金相分析、扫描电镜及能谱分析等对失效环焊焊缝进行了试验分析。结果表明,环焊缝的抗拉强度、夏比冲击韧性和弯曲性能等均符合SY/T 0452—2021标准的要求。裂纹断口表面呈黑褐色,为高温氧化后的形貌。裂纹尖端存在沿晶裂纹,因而该裂纹应是在焊接过程中产生,具有焊接热裂纹的特征。裂纹内存在非金属异物,经过能谱分析,其成分主要为Na、Mg、Al、Si、Ti和Mn等元素,判断该非金属异物为焊接药皮产生的熔渣。管道对接环焊缝中的裂纹是在焊接过程中形成,焊缝金属中存在焊接药皮产生的焊渣,在应力的作用下,该裂纹在内焊趾处应力较大的部位扩展后形成开裂裂纹。     

X80管线钢管环焊缝二级安全评定研究

根据英国结构完整性评定方法BS 7910:2005标准,在给定裂纹尺寸、载荷条件下,针对国产高铌X80管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹、埋藏裂纹进行二级安全评定。根据母材、全焊缝拉伸试验和CTOD（裂纹尖端张开位移）试验结果,建立了高铌X80管线钢管环焊缝接头的二级评定曲线。结果显示,评定点均在评定曲线范围内,说明该结构是安全的。研究结果为国产高铌X80钢管的工程应用提供了依据。     

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。     

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。     

几种典型X80管线钢管及其环焊缝性能研究

环焊缝质量是影响高钢级长输管道安全的重要因素之一。国际焊接研究中心(IWTC)针对几种典型X80管线钢的焊接开展了大量研究,测试了钢管管体和环焊缝的组织及关键力学性能,分析了X80管线钢管环焊工艺及环焊缝性能影响因素,给出了推荐工艺参数、控制措施等。采用焊接热模拟试验研究了2种不同Nb含量的X80钢管的焊接性,分析了Nb含量对焊缝区域微观组织的影响机制。结果表明,国内典型的X80管线钢管均具有良好的性能,其管体性能及焊接性满足工程需要;应采用合理的环焊工艺和质量控制措施以保证焊缝的性能;铌含量较高的X80管线钢具有更优越的焊接性,但必须严格遵从焊接工艺规范。     

不同回火温度对X70管线钢管焊缝组织性能的影响

为了研究热煨弯管制作过程中回火温度对X70直缝埋弧焊管焊缝组织性能的影响规律,开展了热处理试验,并对试样进行了力学性能检测及金相分析,研究了不同回火温度对X70焊管焊缝热影响区韧性的影响。研究结果采表明,采用500~550℃回火处理时,弯管焊接接头冲击韧性和强度匹配最佳;采用570~600℃回火处理时,焊缝和热影响区冲击韧性迅速恶化,已不适宜用作油气输送管线用管。     

X70级1016mm×17.5mm天然气管道环焊缝缺陷剖析

针对某天然气管道工程用X70级1 016 mm×17.5 mm焊管环焊缝焊接接头出现的缺陷,应用超声波检测和射线检测方法对缺陷进行了定位和定量检测,并通过金相分析、扫描电镜分析了缺陷中材料的性质。分析结果表明,此缺陷为第一次焊接过程中产生的焊渣在第二次补焊时未清理干净而产生的坡口未熔合。同时,分析了由于射线检测透照角度不同造成的射线底片影像异常现象。最后给出了焊接和无损检测过程中的一些合理化建议。     

Ti,N和C对X70管线钢管焊缝热影响区韧性的影响

介绍了7种Ti,N,C含量不同的X70管线钢的理化特性,并通过CTOD试验、夏比冲击试验和Gleeble热模拟试验,分析了不同Ti,N,C含量对X70管线钢管环焊缝热影响区韧性的影响。最后指出,当Ti含量和Ti/N比都降低时,TiN粗大晶粒的数量将随之减少,焊缝热影响区韧性提高。     

两种X70输送管的母材及焊缝的H2S应力腐蚀开裂阻力的研究

本文测试了在含Ｈ２Ｓ的水溶液中两种Ｘ７０输送管的母材及焊缝的应力腐蚀和腐蚀疲劳性能，讨论了钢的成分、焊缝区的退火热处理和波动应力对Ｈ２Ｓ致应力腐蚀开裂的影响。还测试了在四种介质中一种Ｘ７０母材的疲劳裂纹扩展速率和三种介质中的极化曲线，讨论了表面状态与腐蚀疲劳裂纹扩展的关系。