Numerical study of fillet weld leg height of sleeve repair welding for in-service pipeline

This paper presents a mechanical calculation and numerical simulation of the fillet weld of sleeve repair.The mechanical analysis based on the yield criteria is performed to obtain the minimum value of the fillet weld leg height to ensure the strength and loadbearing capacity of the weld. Within the framework of numerical simulation,the parameters of double ellipsoid heat source are determined by fitting method and the simulated molten pool morphology agrees well with the practical weld. Finite element models with various weld leg height are performed to predict the distribution and magnitude of the deformation and stress. The simulation takes into account thermal,metallurgical and mechanical factors,and the maximum value of the fillet weld leg height is obtained based on the magnitude of the deformation and stress.The mechanical calculation and numerical simulation results show that 1.2-2 times wall thickness is an optimal range of fillet weld leg height. And reasonable parameters of sleeve repair for in-service welding are provided for engineering field,which can improve the service life of the weld and production efficiency.

小直径薄壁钢制管道用B型套筒尺寸优化研究

针对小直径薄壁钢制管道用B型套筒修复过程中,出现标准要求不一致、套筒几何尺寸不合理、角焊缝处应力集中导致延迟开裂等问题,以外径273 mm、钢级L245的钢管为研究对象,建立B型套筒与钢管的有限元模型,分析B型套筒的长度、厚度、焊缝形式以及安装间隙对套筒角焊缝应力的影响。结果表明,在采用B型套筒修复钢管时,在地质稳定区,套筒壁厚不小于11.3 mm,对于地质不稳定区,套筒壁厚应为11.3~17 mm;通过控制角焊缝宽度为焊缝高度的1.5倍,可有效降低角焊缝处的应力,从而降低套筒角焊缝处开裂的几率;在安装B型套筒时,将安装间隙控制在1~4 mm范围内,可有效避免钢管几何偏差、焊接工作量等对套筒安装和焊缝应力的影响。

一台CF-C-300型锅炉的集汽集箱支座角焊缝开裂原因分析及预防措施

本文针对CF-C-300型锅炉集汽集箱支座角焊缝开裂问题展开研究。通过详细分析开裂原因,包括管道结构不均匀载荷分布、角焊缝焊接质量不高、弹簧支座摩擦力等方面的问题。提出了改进措施,包括重新平衡载荷、优化焊接工艺、降低摩擦力、引入结构监测系统等。

储罐大角焊缝结构多参数响应面优化分析

为有效降低储罐大角焊缝结构处的应力强度水平,将GB 50341—2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中只给出取值范围的边缘板外伸长度、边缘板内伸长度、大角焊缝在罐壁内侧的焊缝长度设置为输入可变参数,将大角焊缝结构处的最大应力强度设置为输出参数,优化目标设置为大角焊缝结构处的最大应力强度最小。经ANSYS响应面优化分析,最大应力强度在选择不同的结构参数时变化范围较大,优化分析可以确定出多参数的最佳组合,提出了优化和结果选择建议。

超超临界锅炉集箱角焊缝开裂分析及优化

针对某电厂超超临界锅炉延伸侧墙出口集箱角焊缝开裂的问题,从材料成分、显微组织、硬度测试及运行工况等方面综合分析该集箱角焊缝失效的原因,并且从焊接工艺、热处理工艺及焊缝形式出发综合提出优化方案。结果表明:集箱管材料为12Cr1MoVG,失效集箱角焊缝的化学成分、显微组织及硬度均符合标准,裂纹起裂于角焊缝外表面,并向内表面扩展。开裂原因为焊接残余应力与服役过程应力产生复杂叠加。通过采用降低角焊缝处应力集中的优化措施,延长材料使用寿命,可以为同类型电站锅炉管道的日常监督与质量控制提供重要的借鉴。

超超临界锅炉垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场建模及热应力模拟

以某660 MW超超临界锅炉为对象,构建垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场模型,研究热应力分布对裂纹的影响。结果表明:焊缝交错区域管环焊缝向火侧顶点的温度高于直管段管壁向火侧顶点温度,发生超温时比直管段管壁向火侧更容易开裂;水冷壁管最大轴向拉应力位于焊缝交错区域管环焊缝焊趾向火侧顶点附近,在变负荷运行工况下易导致交变热应力,产生沿管环焊缝焊趾延伸的横向裂纹;焊缝交错区域应力集中处的等效应力大于直管段对应处,背火侧管环焊缝焊趾与鳍片角焊缝交接处等效应力最大,超过对应的高温屈服强度,材料在交变热应力作用下会诱发裂纹,裂纹沿管环焊缝焊趾向背火侧管壁延伸。

多向角焊缝连接矩形钢管的抗弯特性研究

多向角焊缝是角焊缝的重要组成部分,目前对角焊缝研究主要集中于单向角焊缝,较少涉及到均由斜向角焊缝组成的多向角焊缝,因此,本文以福州地铁6号线营前站幕墙龙骨节点为工程背景,设计制作3根多向角焊缝试件,采用有限元软件建立试件同类型模型,再考虑焊缝长度及段数等因素,基于CSA S16-14规范提出的多向角焊缝强度折减系数,推导出正应力和剪应力组合作用下组合应力理论计算公式。结果表明:合理加长中连接板和焊缝长度会降低延性,但对于提高承载力效果显著,约为0.8~2.5倍;合理的焊缝倾斜角度和焊脚尺寸等参数对此类结构跨中截面承载力有影响,相比而言后者的影响更显著;多向角焊缝与单向角焊缝形态和受力上存在差异。本文研究结果表明对多向角焊缝的研究具有重要意义,多向角焊缝的研究能为工程节点设计及安全性分析提供理论基础和指导。

大型立式钢制石油储罐优化设计研究

大型立式钢制焊接石油储罐为典型的薄壳结构,底板与壁板连接的大角焊缝处应力最大,在储罐结构中属于薄弱环节。研究储罐大角焊缝处应力的分布规律,优化储罐的结构设计,对提高其运行安全具有重要意义。采用有限元数值模拟方法,考虑储罐材料、几何结构、接触关系等因素,建立10×10^(4) m^(3)外浮顶石油储罐的3-D模型。采用电阻应变测量技术对现场储罐进行应力测试,验证数值模型的准确性。基于有限元数值模拟,研究边缘板厚度、外边缘板宽度、钢筋混凝土环墙宽度3个关键参数对大角焊缝处应力的影响规律,提出边缘板和环墙尺寸的设计准则,给出10×10^(4) m^(3)储罐优化后的设计尺寸,为大型储罐的设计提供指导,保障储罐结构安全。

大型油罐大角焊缝处峰值应力分析

大角焊缝的应力水平是影响大型油罐安全的重要因素之一。本文运用弹性地基假设,通过对容量为12 .5×10 4 m3储油罐大角焊缝处应力的数值分析,并与实测值比较发现:弹性地基假设条件下,大型油罐整体应力的数值结果与实测应力比较接近。利用这一结果,在同样的假设和建模条件下,分析了边缘板厚度、边缘板外伸长度、内侧焊缝延长长度和设置加强板对大角焊缝处最大峰值应力的影响规律。

高速动车组角焊缝应力集中的识别方法

针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间的对应关系,进而推导出结构应力的计算公式,并给出角焊缝应力集中识别流程;基于所给出的算法和识别流程,采用C/C++以及ANSYS软件提供的APDL语言开发出焊接结构应力识别专用软件WSS,对某高速动车组焊接构架上诸多角焊缝应力集中进行识别,验证了基于结构应力的角焊缝应力集中识别方法不仅能给出应力集中的具体位置,还能给出具体的应力峰值及其对应的疲劳寿命,可用于优化高速动车组焊接构架的抗疲劳设计。

超超临界锅炉水冷壁吹灰器密封盒角焊缝开裂的原因

某超超临界锅炉水冷壁D层吹灰器密封盒角焊缝在运行约59 159h后发生开裂并产生泄漏,采用宏观检查、化学成分检测、显微组织和断口形貌观察、硬度测试、能谱分析等方法分析了该角焊缝的开裂原因。结果表明:角焊缝发生了疲劳断裂。在运行过程中,角焊缝承受着较大的轴向应力,同时角焊缝的焊脚尺寸小于标准要求、焊趾处未圆滑过渡,导致轴向应力增大而萌生裂纹;在锅炉启停、负荷波动过程中,周期性变化的轴向应力促使裂纹扩展而形成疲劳开裂;由于D层温度最高,D层吹灰器密封盒角焊缝最先开裂。

考虑疲劳性能的十字接头角焊缝尺寸设计

传统的角焊缝尺寸设计往往只考虑焊缝的静力强度,文中则从疲劳性能的角度对十字接头角焊缝的尺寸设计问题进行研究.首先计算了无熔深十字接头可能失效截面的结构应力,通过对不同焊脚尺寸时结构应力变化特点的分析,从理论上证明了焊脚尺寸越大,接头的疲劳性能越高;当焊脚尺寸s和板厚h之比小于0.75时为焊根失效,大于0.75时为焊趾失效;而实际工程中s/h在0.8和1.0之间是比较理想的选择.然后通过一系列疲劳试验验证了上述结论.最后还分析了焊接熔深对十字接头疲劳性能和焊脚尺寸设计的影响.

基于结构应力方法的正面角焊缝抗剪强度分析

建立了基于结构应力定义的正面角焊缝抗剪强度理论,给出了新的焊缝抗剪强度计算公式,并基于该理论对焊缝抗剪强度相关问题进行了分析.结果表明,单向受剪等焊脚正面角焊缝的断裂角度理论值为22.5°,焊趾角度和受力状态均会影响断裂角度.另外焊趾角度为30°的单向受剪焊缝具有最大的承载能力,而双向受剪焊缝的承载能力比单向受力时的承载能力也明显提高.试验数据证明了该理论的正确性,该理论也为焊缝尺寸设计提供了理论基础.

基于不同应力法的焊接构架纵向角接头疲劳累积损伤评估

在焊接构架结构应力计算整体有限元模型基础上,通过考虑接头角焊缝和1 mm焊趾虚拟缺口半径,对转臂定位座板与箱形侧梁下盖板的组焊纵向角接头进行逐步细化,构建热点应力和有效缺口应力计算局部模型.在动态疲劳试验载荷等效的9级载荷谱作用下,分别基于名义、热点及有效缺口三种不同应力参量,结合IIW建议的疲劳设计S-N曲线进行累积损伤计算.结果表明,有效缺口应力的累积损伤远高于名义和热点应力,极有可能引起评估结果过于保守.为充分发挥有效缺口应力法的优势,需要以更加符合结构实际的缺口几何数据和强度数据作为支撑.

蜂窝夹套结构焊接接头的应力强度分析

由于蜂窝夹套焊缝受力情况比较复杂,焊接部位经常出现焊缝开裂引起泄漏,焊接残余应力是重要的影响因素之一。运用大型有限元分析软件ABAQUS的热—力耦合功能,对304不锈钢蜂窝夹套的塞焊和填角焊两种焊接方式进行有限元模拟,得到了这两种焊接接头的残余应力分布情况。结果表明,塞焊焊接方式的蜂窝夹套焊缝处的残余应力大于采用填角焊方式的。采用塞焊方式蜂窝孔处的焊接残余应力较高,焊完第二个蜂窝孔后对第一个蜂窝孔的残余应力影响较大。而采用填角焊方式则这种影响较小。对塞焊和填角焊焊缝进行强度计算,结果表明填角焊焊缝的承载能力较好。研究结果为蜂窝夹套进行分析设计和控制焊缝开裂提供了理论基础。

卧式内燃锅炉炉胆角焊缝疲劳性能研究

制造了炉胆与管板连接为角焊缝结构的锅炉,对锅炉角焊缝区域进行了实际工况应力测试与温度测试。制造了角焊缝区域尺寸为1:1的近实际结构实验模型,对模型进行了局部应力场相似的液压低周疲劳试验,循环次数高达24万次,从而证明了角焊缝结构可以在锅炉结构设计中应用。

减应力槽技术在油浆蒸汽发生器管板上的应用

阐述了减应力槽结构的优点,对未开槽管外伸角焊缝、管头平齐焊缝与开槽管头内缩焊缝的管板进行了焊接残余应力测试,测试结果显示:开槽管头内缩焊缝管板的焊接残余应力明显小于未开槽管板的焊接残余应力,表明减应力槽使得管板的焊接残余应力值大为减小。减应力槽技术是解决油浆蒸汽发生器管板开裂问题的重要手段之一。

锅炉角焊结构的受力分析及改进建议

合理的焊缝形式对锅炉的安全性有着十分重要的作用。从提高安全性出发 ,对锅炉的角焊缝进行了受力分析 ,并提出了相应改善意见。

填角焊缝计算截面及应力分析

本文从理论分析和实验结果出发，对现行填角焊缝强度计算中将计算截面一律取为与焊缝底面成４５°角并按切应力计算的做法提出了异议，并建议对此进行修改。

非承载角焊缝十字接头疲劳性能

文中基于结构应力方法对非承载角焊缝接头的疲劳性能进行了数值分析与试验研究。首先根据不同焊脚尺寸的十字接头焊趾截面结构应力,发现焊脚尺寸越大,接头疲劳性能反而越低,疲劳试验也证明了这一现象。同时,试验数据与BS 7608标准中F级S-N曲线的对比说明了疲劳评估时进行应力修正的必要性。然后,分别利用含装配间隙和熔深的有限元模型计算接头结构应力,证明两者对接头的疲劳性能影响很小。文中还通过与承载角焊缝接头的对比,证明细节特征对接头疲劳性能的影响程度与接头受力状态直接相关。在定义焊缝缺欠质量等级时,应考虑接头在结构中的受力状态,制定合理的控制参数,从而降低结构的制造成本。