P92钢管道焊接残余应力场研究

采用红外热成像仪测试了P92钢管道焊接温度场,并采用X射线衍射方法对P92管道焊接接头热处理前后的残余应力分布进行了测试.采用有限元方法对P92钢焊接温度场进行了计算和分析,并采用间接法用温度场结果计算残余应力场.分析比较了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况,证明焊后热处理对焊接残余应力具有一定的消除作用.     

电化学充氢条件下管线钢焊接接头对氢的吸收能力分析

采用电化学的方法研究X65管线钢母材及其高频电阻焊(high-frequency welding-HFW)焊缝对电化学充氢的吸收能力. 结果表明,随着充氢时间的增加,母材和焊缝中的扩散氢的含量有着一样的变化趋势,先升高然后降低达到稳定值,但是焊缝中的扩散氢含量最高值4.11×10-5mol/cm3、稳定值2.96×10-5mol/cm3均高于母材的4.02×10-5mol/cm3和2.78×10-5mol/cm3,所以焊缝对电化学充氢有着更高的敏感性. 这是因为材料的晶粒尺寸和晶界面积对氢在其中的扩散吸收有着极其重要的作用,同时,相比于X65管线钢母材,焊缝中珠光体与铁素体的显微硬度差值更大,这为氢提供了有效的扩散路径.     

高强钢焊接冷裂纹倾向试验装置开发及试验研究

根据刚性拘束裂纹试验机理,自主研制了国内首台大吨位高强钢刚性拘束焊接冷裂纹倾向试验装置,其具有精准的测量系统,完全适应48 h的拘束应力维持时间,该机可提供最大1 200 kN的试验力。利用该冷裂试验装置进行E36钢板对接接头刚性拘束裂纹试验,对比分析GFL-71NI焊丝（国产）和DW-A55L焊丝（进口）的冷裂纹敏感性。结果表明,通过药芯焊丝气体保护焊接方法施焊,采用GFL-71NI焊丝获得接头的临界拘束距离大于DW-A55L焊丝接头,经计算GFL-71NI焊丝接头的临界拘束度和临界拘束应力均小于DW-A55L焊丝接头,最终得到GFL-71NI焊丝接头的冷裂敏感系数高于DW-A55L焊丝接头,数值分别为0.345 147和0.326 094,表明DW-A55L焊丝的抗冷裂性能优于GFL-71NI焊丝。金相分析显示,与GFL-71NI焊丝接头相比,DW-A55L焊丝接头焊缝组织更均匀,晶界铁素体含量明显减少;过热区组织中的淬硬组织含量也较少,这显著降低了DW-A55L焊丝接头的冷裂倾向。     

铌对高强钢焊接热影响区中马氏体-奥氏体组元形态的影响

对铌含量不同的五种钢材进行焊接热循环模拟焊接热影响区粗晶区，研究Ｎｂ含量对粗晶区中ＭＡ组元的形态和粗晶区韧性的影响。结果表明，降低钢材的Ｎｂ含量能够减少细长ＭＡ组元的含有率，从而控制ＣＧＨＡＺ的韧性，因此，进行实际钢材化学成分设计时，在满足强度要求的条件下，应尽量降低Ｎｂ的含量。     

金属基陶瓷涂层/钢基体界面裂纹的应力强度因子

将三点弯曲断裂力学试验与有限元分析(FEA)结合起来计算LX88A涂层与Q345钢界面裂纹的复应力强度因子.结果表明,对于三点弯曲试样,当发生界面断裂的临界载荷较小时,涂层试样的界面裂纹尖端附近存在K控制区,但K因子随临界载荷的增大,K因子控制区消失,发生失效的现象.对于三点弯曲试样,当临界载荷超过一定值时,线弹性断裂力学已经不能描述界面裂纹尖端场.因此,在后续研究中有必要使用弹塑性断裂力学和概率断裂力学对此类界面裂纹进行分析.     

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象,研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630 °C下的断裂韧性,得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度J_Q. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制. 基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征,结果表明,侧槽可明显提高试样的拘束水平,试样尺寸越小,J阻力曲线差异越明显. 随载荷增大,非侧槽试样的拘束变化更明显,开侧槽将导致试样阻力曲线不同. 试样尺寸及结构的改变,对韧性材料的阻力曲线影响较大,而对断裂韧度值影响较小. 试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐,可优化断裂韧性试验过程.     

基于混合硬化模型的Ti-6Al-4V低周疲劳损伤分析

以连续损伤力学(CDM)为基础,根据Ti-6Al-4V钛合金应变疲劳试验结果,改进了Krajcinovic和Lemaitre提出的损伤本构模型,并拟合确定了损伤模型参数;将该损伤本构模型编写为USDFLD子程序并耦合到ABAQUS有限元软件中. 使用Chaboche非线性随动强化和非线性各向同性硬化的混合硬化模型来描述Ti-6Al-4V钛合金的弹塑性行为,并拟合确定了混合硬化模型参数. 模拟了材料在不同应变幅下的低周疲劳损伤演化. 结果表明,损伤模型预测寿命和试验寿命吻合较好,对比试验和模拟结果可以发现,损伤模型预测寿命的平均误差为3.878%.     

P92钢焊缝金属高温低周疲劳行为分析

P92钢常用于锅炉高温、高压主蒸气管道等部件,其焊接接头性能的优劣直接关系到机组的安全可靠运行. 文中通过P92钢焊缝金属在630 ℃下的低周疲劳试验,研究了低周疲劳行为及其循环应力应变关系,采用塑性应变能密度对其低周疲劳进行了寿命预测,并根据断口形貌,分析了P92钢焊缝金属的断裂机理. 结果表明,P92钢焊缝金属表现出循环软化特征;其低周疲劳寿命与应变幅值满足Coffin-Manson关系;采用塑性应变能密度的方法可以很好地预测P92钢焊缝金属低周疲劳寿命. 二次裂纹密度的增加是其在高应变幅下寿命下降的主要原因.     

局部硬化区周围的应力应变特性对HAZ断裂行为的影响

从力学的观点出发，将高强钢焊接热影响区粗晶区中硬化组织ＭＡ组元视作局部硬化区（ＬＨＺ）。采用二维有限元数值方法分析了ＬＨＺ周围的应力应变分布。结果表明：ＬＨＺ存在时，ＬＨＺ内部应力升高，ＬＨＺ与基体产生变形差。这意味着ＬＨＺ内部或ＬＨＺ与基体界面容易引发裂纹。最后通过对ＴＭＣＰ钢焊接热影响区微观裂纹的实验观察，验证了本文提出的断裂模型。     

小尺寸稳态实验方法在PE管道中的应用

介绍了小尺寸稳态实验（简称S4）的实验原理，实验装置，温度及管壁厚度等因素对止裂性能的影响。分析认为：S4是模拟聚乙烯压力管道的快速裂纹扩展的一种有效方法。S4的临界压强是衡量管道承受压力的一个标准。实验先将压强确定为0.4MPa，若裂纹快速扩展，则取其一半，若止裂，则取其2倍，反复6次即可得到所需的临界压强值。