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

作     者：范玉然 帅义 帅健 张铁耀 任飞 FAN Yuran;SHUAI Yi;SHUAI Jian;ZHANG Tieyao;REN Fei

作者机构：中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院·应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京市102249 国家管网集团工程技术创新有限公司 

基　　金：国家自然科学基金资助项目“纳入裂尖多尺度拘束效应的X80管道环焊缝断裂评估方法研究”,52204071 国家重点研发计划子课题“基于内检大数据的城市燃气管道服役状态综合评价与决策技术研究”,No.2022YFC3004802-4 中国石油大学(北京)优秀青年学者科学基金资助项目“高强钢管道环焊缝断裂机理及应变能力研究”,No.2462023QNXZ006 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年第43卷第2期

页      码：171-179页

摘      要：【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】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。

主 题 词：高钢级管道 焊缝 根焊部位 裂纹扩展 断裂 失效分析 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 08[工学] 082003[082003] 

D　O　I：10.6047/j.issn.1000-8241.2024.02.006

馆 藏 号：203126120...