管道环焊缝拉伸应变容量模型分析及改进

为了确保石油天然气管线在复杂服役环境下的本质安全,探讨了目前国内外广泛应用的3种管道环焊缝拉伸应变容量模型(CSA Z662、PRCI-CRES、EXXON MOBIL),并对其参数选取范围性进行了汇总和对比分析。通过分析模型预测值和96组全尺寸管道及宽板拉伸试验数据的差异,对各拉伸应变容量模型在不同钢级下的预测精度进行了验证,并使用90%置信上限倒数法计算了模型安全系数。结果表明:由于CSA Z662模型断裂韧性取值上限过小,导致其对于中、高钢级管线的预测值过于保守;EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型更为完善,二者预测结果相似,并与试验结果较为相符。针对EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型计算所得的安全系数可以明显改善模型预测结果,可将非保守预测值最大误差控制在约30%范围内,从而有效满足较为保守的设计要求。研究结果可为管线基于应变设计提供理论指导。

拉伸载荷下含缺陷管道宽板力学响应与断裂失效试验

为探究缺陷与焊缝的相对距离和夹角对X65螺旋埋弧焊钢管失效的影响,开展宽板拉伸试验,采用三维数字图像相关法分析轴向拉伸载荷下缺陷到焊缝的距离、缺陷与焊缝的夹角对管道宽板的力学响应和断裂失效行为的影响特征.结果表明:焊缝和缺陷的存在,以及缺陷到焊缝的相对距离和夹角对管道宽板的应变变化和断裂失效行为有影响,且不同的相对距离和夹角对其抗拉强度、应变分布和断裂失效行为的影响程度不同;当缺陷与焊缝的夹角为30°且当缺陷到焊缝的距离为39 mm时,管道宽板的抗拉强度最低、裂纹萌生及断裂失效所需位移载荷最小,此时其承载能力最差,最容易断裂失效.

OD1422 mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法,结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段,进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征,利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型,对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力,获得环焊接头拉伸应变能力,并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明:当拉伸应变为0.5%时,裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力,裂纹不会发生扩展;当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时,裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等,裂纹处于临界失稳状态;当拉伸应变为4.3%时,裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展;宽板拉伸结果中,当裂纹深度低于5 mm时,失效模式均为母材颈缩;裂纹深度为9 mm时,失效模式为裂纹扩展,模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。

Q420桥梁钢及其焊接接头的断裂抗力分析

Q420钢是焊接桥梁结构用新型材料,文中利用断裂力学的K概念,以深缺口宽板拉伸试验结果为基础,通过建立宽板试验与冲击试验的特征温度之间的关系,并计及桥梁结构的加载速率和裂纹尖锐度对断裂抗力的影响,得到Q420钢及其焊接接头的断裂抗力表达式,为该钢的防断适用性分析提供试验依据。

14MnNbq钢及其焊缝的断裂抗力表述

以深缺口宽板拉伸试验的结果为基础 ,通过建立宽板试验与冲击试验的关系 ,得到了 14MnNbq钢及其焊缝的断裂抗力表达式 。

用宽板试验研究铁路钢桥的抗断裂性能

国内外对桥梁钢结构开展的宽板试验研究尚不多见，本文用国内常用的桥梁钢１６Ｍｎｑ、１５ＭｎＶＮｑ设计试验了５０多块宽板。通过试验比较桥梁钢结构的特点，提出了工程全面屈服准则。用这一准则分析了两种钢材及焊接接头在不同使用温度下的穿透裂纹、表面裂纹的临界长度范围。用适合于桥梁钢结构的ＣＤＤ设计曲线分析计算了两种钢材焊缝的最大容许裂纹长度，并提出了受疲劳载荷作用下桥梁钢结构缺陷评定步骤。以某大跨度铁路桥梁钢板矫形断裂事故为例。

热影响区软化的X70管线环焊缝应变容量分析

针对一种拉伸试验断裂于热影响区附近的X70管线环焊接头,通过数值仿真和韧性试验分别获得断裂驱动力和断裂阻力曲线.在此基础上使用切线法预测该环焊接头具有较高的拉伸应变容量,与宽板拉伸试验结果一致.结果表明,与现行标准中要求焊接接头强匹配,并且拉伸试验不应断于"近缝区"的准则相比,使用延性撕裂行为进行热影响区软化环焊接头的定量分析,可以避免对材料性能的过度要求,并且能科学有效的预测环焊接头拉伸应变容量.

电子束焊接技术及其接头质量评定

介绍了电子束焊接加工技术的特征 ,总结了电子束焊接接头中存在的强度非匹配效应及其对断裂行为的影响。同时引入了与EBW相类似焊接的接头质量评定方法———宽板试验 。

Q500qE高性能桥梁钢防断性能试验研究

为研究Q500qE高性能桥梁钢的断裂抗力随温度的变化规律,针对5种不同厚度规格(16,32,44,50,60mm)的Q500qE高性能桥梁钢母材和焊接接头,进行常温和低温环境条件下的深缺口宽板拉伸试验。试验结果表明:随着强度的提升以及细化晶粒,板厚32 mm以下的Q500qE高性能桥梁钢母材的断裂韧度Kc值总体上高于Q370qE和Q345qD桥梁钢,也比Q500qE高性能桥梁钢焊接接头高;在试验温度低于-40℃后,板厚44mm以上的Q500qE高性能桥梁钢母材的Kc指标有所下降;与Q370qE和Q345qD桥梁钢焊缝相比,Q500qE高性能桥梁钢焊接接头的Kc没有明显的提高;需要进一步研发提高Q500qE高性能桥梁钢厚板以及焊接接头防断性能的措施。

管线钢宽板拉伸试验探讨

介绍了国内外宽板拉伸试验研究的进展情况,以及管线钢宽板拉伸试验的试验过程和数据处理方式,包括缺陷的制备、试样规格及信号采集、试验结果和试验数据的处理分析,并指出了影响宽板拉伸试验过程中的关键因素。通过多年的实践认为,宽板拉伸试验应建立一套完善的测试步骤和理论分析技术,规范化、标准化宽板拉伸试验过程,确保各种测量数据和试验结果更加真实可靠,为管道设计和焊接施工提供真实可靠的数据支持,对于指导宽板拉伸试验及管道应变设计具有一定的实际意义。

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。

INVESTIGATION ON FRACTURE BEHAVIOR FOR WELDED JOINT OF NEW GENERATION FINE GRAINED STEEL SS400

The fracture behavior for welded joint of new generation fine grained steel SS400 was investigated and assessed on the basis of fitness for purpose philosophy. The actual critical defect sizes for the SS400 base metal and its weld HAZ (heat affected zone) defined by the gross yielding criterium have been determined directly by means of wide plate tests. It has been shown that although the HAZ grain growth occurs due to the welding heat, the resistance to fracture is not deteriorated. The deformation behavior of wide plate specimen was also studied by finite, element (FE) analysis. The deformation of weld HAZ is protected by the high strength weld metal, so it is easier to get the general yielding for the welded joint specimen.

10MnNiCrMoV钢宽板拉伸试验研究

本文通过对10MnNiCrMoV钢板宽板拉伸试验,研究了10MnNiCrMoV钢板在低温环境条件的防断及止裂性能。

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

采用数值模拟和宽板拉伸实验相结合的方法,研究单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为.基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸位置参数,利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型分析拉外力下的应力分布特点,研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律;设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,研究管道应变与裂纹扩展情况.结果表明:拉应力下管道宽板模型具有可靠性;随着缺陷尺寸的增大,相对长度为0.79、相对深度为45.98的缺陷对裂纹萌生影响最大.对比宽板试验发现,宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生较大影响.

基于宽板拉伸试验的Q690qE高性能桥梁钢断裂韧性研究

为研究应用于桥梁钢结构的Q690qE钢防脆断性能,以主跨408 m的汉江湾桥为背景,设计、制作Q690qE钢32 mm板厚母材、32 mm板厚焊缝、50 mm板厚母材、50 mm板厚焊缝4组试件,进行不同温度下的宽板拉伸试验,分析其断裂韧性。将宽板拉伸试验值作为断裂抗力,采用有限元法计算汉江湾桥典型受拉杆件在较不利工作应力下的断裂驱动力,评价桥梁钢结构采用Q690qE钢时的低温防脆断性能。结果表明:Q690qE钢32 mm板厚母材具有良好的低温防脆断性能,50 mm板厚母材的断裂韧性随温度降低具有明显下降趋势;在温度低于-20℃时,Q690qE钢32 mm、50 mm板厚焊缝的断裂韧性随温度降低具有下降趋势;与Q500qE钢相比,Q690qE钢母材和焊缝均具有较好的断裂韧性;汉江湾桥典型受拉杆件采用Q690qE钢时能够满足低温防脆断的要求。

桥梁钢结构中的焊接宽板试验

本文简要回顾了焊接宽板试验方法的发展过程,系统地论述了焊接宽板试验的理论研究,比较了它在不同国家的异同观点,并阐述了焊接宽板试验方法在钢梁钢结构中的应用。

AP1000核电设备闸门补强板不等厚焊缝的射线检测

AP1000核电机组的设备闸门是大型设备进出核岛的必要通道。该机组设备闸门由于补强板钝边位置超差,焊接完成后,部分焊缝宽度超宽,厚度比过大,甚至超过了X射线机的最大透照厚度,给射线检测带来了很大的困难。讨论了这种特殊情况下的射线检测方案,通过现场测量焊缝的宽度和厚度,建立焊缝立体模型并制定了设备闸门补强板焊缝射线检测的最佳方案,并进行了检测试验,得到了较好的检测效果。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式节点滞回性能研究

为研究宽偏矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式连接节点的抗震性能,设计了5个柱截面尺寸为400 mm×200 mm的框架边节点和中节点梁柱组合体,考虑不同外环板尺寸、柱子单侧与双侧受弯、绕柱强轴与弱轴受弯等影响因素,对其开展拟静力试验,研究其承载力、延性、耗能、刚度与强度退化及外环板的应力分布等具体性能。结果表明:节点发生了梁翼缘与外环板焊接部位的局部屈曲、开裂和节点域柱腹板剪切破坏两种模式,除绕柱弱轴双侧受弯的梁柱组合体外,其余梁柱组合体呈现弱构件强节点的特性,具有良好的抗震性能;梁柱组合体绕柱强轴受弯时,单侧受弯及双侧受弯都具有良好的承载性能。对于宽扁矩形钢管混凝土柱-H形钢梁节点的外环板,采用比现行相关设计规范要求小的外伸宽度,在工程应用上是可行的。

Q500钢焊接接头断裂韧性K_C的表达式

基于断裂力学理论,针对Q500钢焊接接头评价,以更简便的计算Q500钢焊接接头KC值和防断分析为目标,考虑冶金质量和板厚影响的系列温度夏比冲击试验结果,结合深缺口宽板拉伸试验结果,得出了Q500钢焊接接头断裂韧性KC的表达式。

梯温型宽板拉伸止裂试验中的参量相关性分析

对梯温型宽板拉伸止裂试验中的止裂韧性K_(ca)、止裂温度T_K、止裂应力σca的相关性规律进行了理论分析,结果表明,相同温度下的止裂韧性和止裂应力呈线性关系,其线性系数由试板宽度Ws、温度场参数(T150、GT)和温度T_K确定;对21组试验数据的统计分析结果验证了该相关性规律。