管线钢在役焊接接头应力分析

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1、摘要在役焊接是在管线运行状态下进行焊接作业的，由于焊接时管道内存在高压流动介质，必然对焊接作业的安全性和焊后管道的使用性造成影响。全文以热一弹塑性理论为依据，考虑了材料性能随温度的变化，利用SYswLED大型非线性有限元分析软件，深入分析了管道内介质之间的换热过程和特点，修正了现行管内强制对流换热系数的准则方程，并通过对管内加载均匀压力实现了管线钢在役焊接三维实体模型的数值模拟。从而为管线钢在役焊接修复提供理论依据，有助于推动油气管道在役修复技术的发展和应用。对比在役焊接和常规焊接的热循环发现，在役焊接冷却

2、速度远大于常规焊接。气管线在役焊接和常规焊接接头残余应力分布规律基本一致，在近缝区管道内壁的轴向和环向残余应力均为拉应力，管道外壁轴向应力为压应力，环向应力为拉应力。在役焊接时，焊接残余应力随焊接线能量的增加而增大，随管内介质流速的增大而减小；管内压力增大，轴向残余应力减小，环向残余应力增大；随管径的增大，近缝区轴向残余应力减小而环向残余应力增大。建立套管在役焊接修复模型，获得套管多道焊接接头残余应力的分布情况，并研究了在役条件对多道焊接后残余应力的影响。通过对数值模拟结果的分析表明：焊接高温时焊缝及近缝区

3、产生的塑性压缩变形和焊接冷却时的受制收缩是产生残余应力的主要原因。在役焊接时，高速流动的管内介质加快了焊接冷却速度，增加了焊接热收缩变形，减小了相变对焊接残余应力的缓释作用；管内压力限制接头区产生“内凸外凹’’的焊接变形是影响在役焊接残余应力分布的重要因素。关键词：管线钢，在役焊接，残余应力，数值模拟，SYSWELDStressAnalysisofIn—serViceWeldingJointontoPipelineSteeISongLixin(Matedals)DirectedbyPr0￡、7i以mgY-o

4、ngAbstractIIl—senriceweldingisped．o肌edwmletllepipelinesareinthe、Ⅳ0r虹ngcondition，whichhase虢ctonthesafetyofwelding锄doperatingcharacteristic撕erweldingastherearehyperb撕cnowingmediatorsiIltllepipes、Ⅳhenwelding．Thispaperusednon—linea打ty锄al”icalsoR、VareSYSWELD，an

5、alyzedtheprocessand也echaracteristicsoftheheatexchangeprocessbet、Veenthemediators，amendedthecriterion缸1ctionoftllecoemcientofforced-convectionheat把aIlsfer，andsimulatedt11etIlr．ee．dimensionalmodelofin．serVice、veldingbypressingeVenlyont11epipe、VallinViewofthe

6、changingofnlaterialpell’onnanceonthebasisofthennal—elaStoplasticit)，tlleo叫．Theresearchesinthisp印erprovidetheoreticalsupponingforther印airingofiIl-seⅣicewelding，arehelpmlforthedeVelopmentandapplicationoftherepairingtechnologyin—serViceweldingofgas-oilpipes．T

7、hecoolingrateofthein-serviceisf瓠terthantheroutineweldinginthecourseofcoolingcomparingdifrerencesofthethe肌alcyclesbetweenin-serViceaIldconventional、Ⅳelding．Theregularitiesoftheresidualsn．essdistributioninbotllconditionsaresimilar，botlltheaxialandcirc啪feremi

8、alresidualst】旧ssneartlleweldbeadin、vaUaretensilestress．butontheectothecaofthepipetheaxialstressiscompressiVestress，whiletllecircWnferentialresidualstressistensilestress．Residualstressofin-seⅣice、Veldingincrea