直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

螺旋焊缝管道的开裂原因

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、维氏硬度仪及金相观察等分析手段,对开裂螺旋焊缝管进行取样分析,利用冲击试验测试了管道母材的抗开裂能力。结果表明：该管道焊缝存在明显缺陷,缺陷类型包括存在于焊缝中的焊缝金属裂纹和夹杂,存在于热影响区中的焊趾裂纹和焊接裂纹,同时在热影响区及母材中存在夹杂。在高外载作用下,由于焊缝区硬度高于热影响区及母材的硬度,使得焊趾裂纹先于焊缝金属裂纹向热影响区扩展。热影响区中沿轧制方向排列的层状夹杂的存在促进了裂纹的扩展,形成层状撕裂,最终导致管道沿热影响区开裂直至母材。     

管道环焊缝根焊部位应变及微区力学性能对裂纹扩展的影响

【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%～52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在...     

高钢级管道环焊缝应变能力评价

为了评价高钢级管道环焊缝的应变能力,建立了基于材料损伤理论的管道环焊缝有限元模型。通过优化裂纹尖端网格尺寸,准确模拟了裂纹尖端的应力分布及撕裂过程。采用屈服强度和均匀延伸率表征高钢级管道的材料特性,计算并分析了管道环焊缝的裂纹驱动力曲线,建立了裂纹扩展失稳准则和材料断裂韧性准则两种失效判据,研究了管道材料性能、裂纹长度及内压对裂纹驱动力的影响,定量分析了这些影响因素与管道应变能力之间的关系。结果表明:较之内压,裂纹长度对管道应变能力影响较大,材料均匀延伸率较屈服强度对管道的应变能力影响更大。针对基于应变设计的管道,建议对环焊缝提出均匀延伸率等塑性容量指标的要求,从而更好地为基于应变的高钢级管道的设计和评价提供技术依据。     

不同强度匹配的X80钢环焊接头力学性能及变形能力

环焊接头的强度匹配与韧性对管道服役安全至关重要。为了更深入掌握环焊缝的失效机理,采用力学性能测试、微观分析等方法,测试了两种不同强度匹配的高铌X80钢环焊接头的组织和性能,并借助数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)研究了焊接接头在拉伸载荷下的应变行为。结果表明:低强匹配与高强匹配的环焊接头均具有较好的冲击韧性,二者的夏比冲击吸收能量平均值相当。在拉伸载荷下,应变集中最先出现在环焊缝的根焊及热影响区部位。随着拉伸载荷的增加,高强匹配环焊接头的应变集中逐渐转移至母材,管道承受轴向载荷及变形的能力大于低强匹配环焊接头;低强匹配环焊接头虽具有较好的韧性,但因其在焊缝及热影响区存在塑性应变累积效应,易发生断裂。(图9,表4,参22)     

细晶AZ61镁合金板材的CO2激光焊接性能

采用CO2激光器对2 mm厚的AZ61镁合金细晶板材分别进行了填充焊和自熔焊实验.研究了细晶镁合金板材的焊接性和填充带合金化稀土元素Ce对接头组织及力学性能的影响.结果表明，细晶板材的焊接接头热影响区不明显，组织较母材变化不大，半熔化区范围窄、液化程度低，未进行合金化的自熔焊焊缝组织较粗大，焊缝晶粒尺寸约15 μm，而填充焊焊缝组织为平均晶粒尺寸是5 μm的等轴晶，即合金化稀土元素Ce可细化焊缝组织，而且稀土元素Ce的加入能抑制柱状树枝晶区而扩大等轴晶区域范围.填带焊接头的平均抗拉强度和伸长率较自熔焊接头分别提高了6%和12%.     

高钢级管道环焊缝主要特征及安全性评价

环焊缝是长输管道的重要组成部分,其失效是载荷、缺陷、局部断裂韧性、强度匹配、焊缝几何结构及残余应力等因素相互作用所致,且高钢级管道因焊接技术难度增大,也增加了环焊缝失效的可能性。基于此,分析了环焊缝的载荷、缺陷及强度匹配特征,揭示了低匹配环焊缝或热影响区软化环焊缝的应变集中机理,阐释了环焊缝的脆性断裂、屈服前净截面垮塌、屈服后净截面垮塌及母材颈缩4种失效模式,比较了GB/T 19624-2019、BS 7910-2015、API 579-1/ASME FFS-1-2016、API 1104-2013等国内外标准对环焊缝安全性评价的适用性,提出了基于应变的环焊缝安全性评价方法,讨论了裂纹尺寸、强度匹配系数等因素对环焊缝裂纹驱动力的影响。研究指出:明确环焊缝的载荷或位移是其安全性评价的前提,提高环焊缝的应变能力可以增强高钢级管道对于不良地质条件的适应性,建议开展环焊缝裂纹缺陷产生和扩展机制研究,并发展基于应变的断裂理论,优化环焊缝的强度匹配,定量环焊缝的应变能力与焊缝几何特性及力学性能参数的关系。(图9,表2,参33)     

20×104m3油罐厚钢板焊接裂纹敏感性试验

油罐罐体由钢板焊接而成,焊缝是油罐的薄弱部位,随着钢板厚度的增加,其焊接裂纹敏感性增强.20×104 m3油罐底圈壁板采用的钢板厚度为44 mm,其焊接性能目前尚无工程实例验证,因此,对其焊接裂纹敏感性开展试验研究,以确定合理的焊接工艺参数.斜Y型坡口裂纹试验结果表明:母材和过热区金相组织均为粒状贝氏体,焊缝组织为“先共析铁素体+贝氏体+针状铁素体”,组织未见异常;对于JFE-HITEN610E钢板,采用LB-62UL焊条焊接,焊缝在室温14℃、预热50℃和100℃条件下均表现出较好的抗裂性能.对接接头刚性拘束焊接裂纹试验结果表明:母材和过热区金相组织均为粒状贝氏体,焊缝金相组织为贝氏体,组织未见异常;JFE-HITEN610E钢板和配套的US49/US62A(直径3.2 mm)焊丝+MF33H焊剂,焊缝在室温14℃和预热50.C条件下均表现出较好的抗裂性能.     

双金属复合管环焊工艺及接头强度设计现状与趋势

阐述了双金属机械复合管典型焊接工艺,以及管端封焊和对焊焊接工艺的优点、应用案例和失效案例,认为封焊、过渡焊是此类工艺的质量薄弱点。分析了管端堆焊及其施工对焊技术的研究现状、发展趋势和应用案例,结果表明:采用同种合金焊接材料完成焊缝打底、填充和盖面等的连接方式,可以避免封焊、过渡焊等形成的缺陷和应力。该工艺成功应用于海底天然气开发用双金属复合管焊接,是今后双金属复合管管端加工和施工对焊的重要发展趋势和方向。此外,研究了双金属复合管环焊接头强度匹配设计、接头缺陷容限设计等现状与趋势,结果表明:目前尚无统一的焊接接头强度设计和容限设计理论,双金属复合管管道系统在线检测、腐蚀评价、寿命预测以及管道修复等技术是未来的重要研究方向。     

X65+Inconel 625复合管道焊接接头断裂韧性评定

针对复合管道焊接接头的断裂失效现象,采用单边缺口三点弯曲断裂韧性试验,对X65+Inconel625复合管道焊接接头不同区域(焊缝区、熔合区及热影响区)在0℃下的断裂韧性进行测试。通过在焊接接头不同区域预制表面型裂纹和贯穿厚度型裂纹,对比焊接接头不同区域CTOD值的变化趋势,结果显示组织不均匀性对CTOD值分散性的影响较大。研究表明:复合管焊接接头不同区域的断裂韧性不同,其中热影响区的应变时效区CTOD值较高,焊缝区CTOD值较低但分散性不大,而焊缝熔合区和复合层熔合区不但CTOD值较低,且分散性很大,因此熔合区和复合熔合区是X65+Inconel 625复合管道焊接接头的薄弱环节。(图4,表3,参20)     

钢筋混凝土板剪弯区段的裂缝宽度计算与控制

通过２１个试件计４２块悬臂板的试验，对钢混凝土板剪变区 裂缝宽度分布、计算与控制进行了研究，在分析试结果的基础上部对裂缝宽度的计算公式，以规范ＧＢＪ１０－８９所用公式为依据，提出了对该公式的修改建议，最后提出了悬臂板中裂缝宽度控制的具体构造措施。     

大伙房水库第一非常溢洪道堰面砼裂缝处理措施

大伙房水库第一非常溢洪道堰体因浅层裂缝和表面裂缝出现微量渗水,经全面的调查,采用化学灌浆处理方案及施工工艺,通过严格施工质量过程控制,达到良好的堵漏效果。实践中采用化学灌浆的方法进行裂缝处理收到了较好的效果。     

裂纹开裂形式对陶瓷材料弹性模量仪器化压入测试结果的影响

基于有限元数值分析方法,对陶瓷材料(We/Wt=0.3～0.7)仪器化压入过程中产生的2种裂纹开裂形式——径向裂纹(RC)和半硬币状裂纹(HPC)对弹性模量测试值的影响进行了研究,并对不同载荷下不同裂纹形式的Si3N4、ZrO2、ZTA、Al2O3、Fused silica等陶瓷材料弹性模量仪器化压入测试结果进行比较.结果表明:RC和HPC裂纹开裂形式对陶瓷材料弹性模量仪器化压入测试结果的影响可以忽略,而“Pop-in现象”对陶瓷材料弹性模量仪器化压入测试结果影响较大.在不出现“Pop-in现象”的情况下,陶瓷材料弹性模量仪器化压入测试结果具有一定的有效性.     

棒料塑性剪切过程中裂纹的形成及扩展行为

通过轴向压力作用下棒料塑性切口工试验，获取了剪切分离面上断裂区形态，结果表明：断裂区呈对称月牙状，断裂面积比率随轴向压力的增大而减小。结合理论分析，提示了剪切过程中裂纹首先产生于棒料上活动剪刃与固定剪刃交叉的两水平端点，并沿活动剪刃和固定剪刃刃口迹线扩展。裂纹为Ⅱ、Ⅲ型的混合型，其中Ⅲ型裂纹扩展速度对于断裂区形态起着决定作用。     

两裂纹相互作用对管道应力强度因子的影响

针对油气输送管道内表面两裂纹相互影响的情况,运用有限元方法,模拟分析了X80钢制管道内三维表面裂纹尺寸、裂纹间距对裂纹应力强度因子的影响规律。研究结果表明:两裂纹(分别为固定裂纹与可变裂纹)的间距越大,两裂纹相互作用越小,当间距达到或超过一定值时,对应力强度因子几乎不产生影响,仅需考虑主要裂纹对管道寿命的影响;可变裂纹的相对壁厚比越小或形状比越大,两裂纹相互作用越小,当相对壁厚比小于0.2或形状比大于0.8时,可以忽略其对应力强度因子的影响,且形状比对最大应力的影响远远小于壁厚比与裂纹间距对最大应力的影响。     

高钢级天然气长输管道止裂控制技术现状

因高钢级（≥X90）管线钢难以依靠自身韧性止裂,同时缺乏适用于高钢级管线钢止裂器设计的相关准则,故对于向高钢级发展的国内天然气管道而言,在管道安全可靠性方面面临巨大挑战,而止裂控制问题是其中的关键。从理论研究和工程设计与应用两个方面系统梳理了天然气长输管道止裂控制技术的国内外发展历史与现状,介绍了相关计算公式和不同种类止裂器的功能原理,分析了当前止裂控制技术存在的问题与不足,指出了今后高钢级管线钢止裂控制的研究方向,对于促进高钢级天然气长输管道的发展具有指导意义。（图7,表1,参19）     

影响枣裂果因子的研究

采用室内果实浸泡法与雨后田间调查相结合,研究探讨了影响枣裂果的主要因子。结果表明,裂果敏感性与坡向、坡度、品种、果实成熟期和用途以及果实表皮厚度有关,阳坡地果实裂果较阴坡地的轻,平地果实较荒坡地的轻;不同品种抗裂性差异极大;制干品种较鲜食和鲜干兼用品种抗裂;晚熟品种较中熟品种抗裂;果实表皮越厚越抗裂。而裂果敏感性与果实大小、形状、含糖量及角质层厚度无关。     

桥梁承台混凝土温度应力场及裂缝控制

以连霍高速公路G30果子沟斜拉桥为研究对象,分析了西北高寒地区桥梁承台大体积混凝土因温差引起裂缝病害的成因,给出了控制措施.使用ANASYS仿真分析方法剖析了桥梁承台大体积混凝土温度应力场的分布规律以及裂缝产生的机理.结果表明：桥梁承台大体积混凝土绝大部分出现压应力,模型效果与工程实际吻合良好.     

钢筋混凝土矩形截面受弯构件最大裂缝宽度的图算法

本文根据国家标准《混凝土结构设计规范》中的最大裂缝宽度公式,对常用钢筋直径、混凝土等级及钢筋配筋率范围内的最大裂缝宽度制成图表,查算迅速方便,可供设计计算时参考。     

柴油机活塞环开口安装方向分析

采用对比分折方法，根据柴油机活塞环的结构等因素对活塞环安装方向的要求，比较分析了一些柴油机活塞环开口的安装方向，明确了柴油机活塞环开口的正确安装方向．