咨询热线:15951085283
--- 联系我们 ---

咨询热线:15951085283

联系电话:025-84312185

传真:025-84312185

网址:

邮箱:[email protected]

地址:南京市光华路156号

您的位置:技术资讯 >> 残余应力检测 >> 浏览文章 技术资讯
 

输油管道螺旋焊缝残余应力分析研究

分类:残余应力检测    关键词:残余应力分析

国内外现发生不少输油管段在水压试验和使用期间突然撕裂的事例,这引起有关专家及工程技术人员的重视。调查发现,螺旋焊缝是输油管道的薄弱部位,由于焊接过程中的约束和局部加热,冷却的收缩效应及金属组织的变化因素,使输油管道产生残余应力。输油管道投入使用后,所有螺旋焊缝都要经受输油管运输介质时产生的种种运行应力,残余应力及迭加力的作用,但焊缝存有缺陷时,可加速裂纹迅速扩展,致使输油管道的承载能力、使用性能下降,特别是对油管的低温脆断有很大的影响。因此对输油管道进行残余应力分析研究是十分有必要的。

输油管的原始情况及试件

输油管是用9mm厚、1200mm宽的16Mn钢板,按58°螺旋升角冷卷成φ720mm的钢管,然后焊成2400mm长的管材,焊丝为M10-MnSi,采用自动焊接,先内壁焊半螺距后,外壁再施补焊,焊缝为15mm宽。因卷板工艺的误差,有些焊缝坡口呈不对称“X”型,35%左右的焊缝没焊透,内有φ0.1-φ1.5mm大小不同的孔洞。

为了取得可靠的数据,我们从输油管上割下4块试板,其中440mm*340mm的1号试板1块,550mm*340mm的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号试板3块,Ⅰ、Ⅲ号试板用于小孔法,Ⅱ、Ⅳ号试板用于切割法。

测点选择及布片

螺旋焊缝的形成不同于对接焊缝,主应力方向需测定,因此选择两种应变计测试。下面是Ⅰ、Ⅳ号试板的测试情况和结果。

残余应力分析的方法有很多,本次我们采用小孔法和切割法进行残余应力分析。

小孔法仪器采用JHMK残余应力测试仪,用JHZK残余应力精密钻孔装置在试板上钻2.4mm深盲孔,标定试件取输油管母材。

切割法采用JHYC切割法应力测量系统,经φ1.2mm的铝丝切割。由于线切割机行程有限,因此切割前试板上距焊缝熔合线3mm处钻孔φ2mm的通孔以备穿钼丝切割。第一次切割由A→B,第二次切割由C→D,两边联结处分别用锯割开。

残余应力测试结果分析

Ⅰ号试板测试结果可以看出,小孔测得焊缝1-12点的纵向应力σx是拉应力,其最大值为115MPa,约0.25σx;垂直焊缝的横向应力σy均为压应力,最大值是-439MPa,约0.9σy。在垂直焊缝的Y截面上,为了考察焊缝熔合线处的应力大小,距焊缝中心线18mm处选择16和17两个测点。从y截面应力分布图可看出,17点的应力σy最大,其值是478MPa,约为1.16σy16点的应力σy-333MPa,约0.8σy

Ⅳ号试板测试结果可看出,切割法测得焊缝上多数点的最大主应力σ10°轴夹角β接近45°,主应力σ1σ2基本上是在焊缝的纵向及垂直焊缝的横向,1-6点的σ1是拉应力,最大值是114MPa,约0.25σ1σ2均为压应力,最大值为-249MPa,约0.55σ2σ2的绝对值普遍比σ1的绝对值大,最大剪应力rmax147MPa。

由焊缝残余应力分布曲线可看到,两种方法测得的应力分布曲线基本形同,垂直焊缝的应力数值很大,分析其原因,主要是输油管道按58°螺旋升角冷卷成钢管的过程中,轴向必然产生回缩力,致使焊缝形成的同时产生了垂直焊缝的压应力。同时由于钢板的反弹作用,在靠近焊缝熔合线处,使母材两侧的残余应力形成反对称于焊缝分布的情况。

总结

1. 输油管焊缝上的残余应力,其最大、最小主应力分别在焊缝纵向及垂直焊缝的横向上。

2. 应力分布特征为焊缝纵向是拉应力曲线,焊缝横向是压应力曲线。

3. 垂直焊缝的y截面,靠近焊缝的熔合线部位的应力分布曲线反对称于焊缝。

4. 最大拉应力是478MPa,在靠近焊缝的熔合线部位,约1.16σx。最大压应力是-439MPa在焊缝上,约0.97σy

测定结果符合输油管卷制过程中螺旋焊缝形成时的受力状况。总的来看,沿焊缝纵向应力分布特征与对接焊缝相同,垂直焊缝横向应力分布情况与其不同。


上一条:浮顶油罐残余应力测试方法 下一条:钢制压力容器采用钻孔法检测残余应力