低匹配管道焊接接头的安全评定研究

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1、摘要管道运输作为一种焊接结构，担负着输送石油、天然气等介质的重要任务。作为一种焊接结构，管线的焊接接头不可避免的会存在各种可能的焊接缺陷、力学性能不均匀等，再加上残余应力使焊接接头成为整个结构的薄弱环节，对其安全可靠性进行评定以保证管道安全可靠的使用具有重要的现实意义。出于焊接接头中存在母材和焊缝强度、硬化水平等不同而引起的非匹配效应．这不仅影响焊接接头的整体变形行为，也会影响焊缝区裂尖应力、应变场的分布特征，并使焊缝区裂纹端拘束状态十分复杂，所以焊接接头强度匹配对结构断裂行为的影响是进行焊接结构安全评定

2、的重要指标。大量的试验结果表明：接头强度匹配、试样几何形式的不同所造成的裂纹尖端拘束状态差异对接头断裂行为会产生很大影响，如裂纹驱动力J积分和裂纹张开位移(CTOD)等。经过几十年的研究发展，产生的很多的缺陷评定程序，但这些评定程序仅限于同种材质。在原则上，这些程序可以对焊接结构进行评定，如过匹配结构，使用母材进行评定，但这样的简化使得结果过于保守，从而发展了不匹配焊接结构的安全评定。本文采用国际上最新的欧共体提出的SINTAP(StructuralIntegrityAssessmentProcedure

3、)评定方法对管道裂纹进行安全评定。由于评定过程中将要涉及到大量的数据和繁琐的公式。所以应用VisualBasic6．0软件编制了SINTAP评定程序软件，使得评定过程快速、高效。在此过程中，对SINTAP标准进行了解和掌握，测定了母材和焊缝的力学性能，获得了母材和焊缝的工程应力应变曲线和真应力应变曲线，又通过测定CTOD-R阻力曲线的方法确定热影响区和焊缝金属所具有的断裂韧性。根据母材和焊缝拉伸试验结果，建立了X56管线钢焊接接头的一级、二级的低匹配、三级低匹配的评定曲线。评定结果表明，不论是采用一级、二

4、级还是三级评定，各评定点均在评定曲线定义的范围内，表明该焊接接头是安全的，并且二、三级的评定，提高了评定的精度，降低了评定的保守程度。本研究将SINTAP安全评定方法应用于管道结构，为含缺陷的非匹配焊接接头安全评定提供了研究思路，具有一定的理论意义和工程意义。关键字：管线钢；强度不匹配jSINTAP；安全评定；裂纹尖端张开位移ABSTRACTAsakindofengineerings峙uc

5、：毗己。theoffshorepipelinehastheabroadandimportantapplication

6、s．whiclaalwaysisused幻defivertheoilandthegas．Inthe锄etime，丑sakiridofweldedstructure，thewelded)oiatofthepipelinealwaysk略theinevilableweldingdefects，inhomogeneo璐mierosmaetures，pOOl"mechanicalproperties，m,oreovcr,beenobjectedtoresidualstresses．AIlthesemakethew

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8、llal【e$theconslraiatofcracktipcomplexity．SothemismatcheffectiveofweldjointistheimportmatfactorforfractureactionofWeldstructureinsafetyassessmem．Tllismismatchintensileproperties锄affecttheplastiedeformationpatternofthedefectivecomponent,andthusthecrackdrivi

9、ngforcesuch鼬theJintegralOrcracktipopenin8displacement．Althoughsignificantprogresshasbeenmadeoilassessingdefeelsinstruetl砌componentsinthelastthreedecades，resultinginseveraldefectl[issefsmentmethods．thesemethodsa船rest