x52管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展的声发射研究

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1、X52管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展的声发射研究常红1，李志军1，汤伟杰1，陈斐明1,麦成乐2（1.深圳职业技术学院工业中心，广东深圳518055；2.哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055）摘要对X52管线钢焊接接头的母材、焊缝和热影响区进行了疲劳裂纹扩展的声发射（AE）监测研究。结果表明，接头横向残余压应力的作用使母材的疲劳裂纹扩展速率高于焊缝和热影响区，而焊缝扩展速率高于热影响区则是由于组织晶粒粗大所致。AE测试结果显示，焊缝疲劳裂纹扩展AE信号的强度高于母材和热影响区的，这是因为焊缝晶粒粗大致使材料脆化倾向增加。同时，接头不同组织裂纹扩展的AE信号波形也不同，焊缝

2、波形主要由300KHz左右的高频成分组成，而母材和热影响区主要组成为100KHz左右的低频成分。关键词裂纹扩展，焊接接头，声发射，X52管线钢中图分类号：文章编号：AcousticEmissionStudyofFatigueCrackPropagationofWeldJointforX52PipelineSteelCHANGHong,LiZhi-jun,TANGWei-jie,CHENFei-ming(IndustrialTrainingCentre,ShenzhenPolytechnic,Shenzhen518055,China)Abstract:Thecrackpropag

3、ationofdifferentweldjointsamples,whichwerefromthebasicmetal,weldseamandheataffectzone(HAZ),weredetectedbyacousticemission(AE)technique.TheresultsshowedthatthecrackgrowthrateofbasicmetalwashigherthanweldseamandHAZbecauseofthetransversecompressiveresidualstressinjoint.Butthecoarseofgrainswasth

4、ereasonforhigherrateofweldseamthanthatofHAZ.AndAEwaveformsofcrackpropagationfromthreemicro-structuresweredifferent.ThemostcompositionsofAEsignalswerehigherfrequencyof300KHzforweldseamandloweroneof100KHzforbasicmetalandHAZ.收稿日期：修订日期：基金项目：深圳职业技术学院项目（2213K3170027）作者简介：常红（1975-），女，黑龙江桦川人，副教授。Key

5、words:Crackpropagation;Weldjoint;Acousticemission;X52pipelinesteel0引言管道运输是石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式之一，在世界上某些发达国家，油气管道输送约占油气总输送量的三分之二。我国油气管线的质量和品种与发达国家有很大差距，大量基础研究和工程问题需要解决，其中疲劳损伤就是研究课题之一。油气管线因输送压力的变化等原因引起循环应力，从而可能使油气管线产生疲劳破坏[1]。焊接接头是长输管线的薄弱部位，由于结构和组织的不均匀性，以及焊接过程中不均匀温度场的作用，使得焊接接头的力学性能也存在很大的不均匀性，

6、也往往是焊接缺陷、应力集中、显微组织和力学性能改变以及焊接残余应力共存的部位[2]。因此管线焊接接头也是疲劳裂纹萌生和扩展的主要位置[3]，因此研究管线钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展，对管线疲劳寿命的提高和损伤的预防都具有重要意义。而声发射的动态实时监测能力可以有效地检测和监测裂纹扩展情况[4]，并能对接头不同区域和组织的裂纹扩展规律和机理进行表征和解释，另外，国内外就管线钢，特别是焊管的疲劳数据至今公布的很少。本研究对X52焊管母材及其焊接接头的焊缝和热影响区处疲劳裂纹扩展速率进行了测试，同时利用数字声发射技术对裂纹扩展进行了实时监测和信号分析，为油气管线的疲劳裂纹扩展损伤的表

7、征和评估提供一定理论基础。1试样制备与试验方法实验材料为带环焊缝的X52管线钢，化学成分及力学性能如表1所示。图1是X52钢的显微组织结构，显示为铁素体和珠光体。把无焊缝母材和焊缝试样加工成3´36´220mm的单边缺口试样，中间部分线切割长度为5mm，焊缝试样缺口分别开在焊缝中心和热影响区位置。利用声发射监测X52钢在空气中的疲劳裂纹扩展行为。疲劳试验在INSTRON8562型机械伺服疲劳机上进行，试验为恒载荷控制，波型为正弦波，频率为f=1Hz,应力比为R=0.1。裂纹的长度通过长距离读