高铌X80钢管环焊缝的安全评定研究

论文摘要

新一代高铌X80管线钢具有较高的韧性、良好的焊接性能,是输气管道中应用日趋广泛的高钢级管材。同时,管道作为一种典型的焊接结构,由于焊接缺陷、残余应力、力学性能不均匀等原因,使焊接接头成为整个结构的薄弱环节。随着工程实际应用以及断裂力学的发展,人们不再使用“完美无缺”的经验方法来要求焊接结构中不能存在任何的缺陷,逐渐以“合于使用”的原则对焊接缺陷可能给结构带来的影响进行合理的评价,并为评定结构的安全运行提供理论基础。本文根据ISO标准BS7448在-10℃采用三点弯试样,通过裂纹尖端张开位移（CTOD）试验研究了国产高铌X80管线钢,在Hobart、JC-30两种焊丝及工艺条件下,环焊缝和纵焊缝焊接接头的抗开裂性能。对于环焊缝接头,测试了贯穿和表面两种裂纹取向的断裂韧度。根据母材和Hobart、JC-30熔敷金属拉伸试验结果,建立了BS7910标准下的二级失效评定曲线。以“合于使用”的原则,在给定裂纹尺寸、载荷条件下,对国产高铌X80管线钢环焊缝焊接接头中的埋藏裂纹和表面裂纹进行了安全评定。评定结果表明,各评定点均在评定曲线定义的安全范围内,为国产高铌X80管线钢的工程应用提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 “合于使用”原则概述
• 1.3 焊接评定方法综述
• 1.3.1 采用K准则的缺陷评定方法
• 1.3.2 采用COD准则的缺陷评定方法
• 1.3.3 采用J准则和失效评定图（FAD）技术的评定方法
• 1.4 管道缺陷评定方法的发展
• 1.4.1 概论断裂力学
• 1.4.2 工程化评定方法
• 1.4.3 基于屈服流动的评定方法
• 1.4.4 可靠性评定方法
• 1.4.5 智能化评定方法的研究
• 1.5 本文研究的内容与目的
• 第二章 BS7910 断裂评定的理论基础
• 2.1 BS7910 标准简介
• 2.1.1 缺陷评定所需要的基本数据
• 2.1.2 评定级别的选择
• 2.1.3 评定的注意事项
• 2.2 一级评定
• 2.2.1 一级评定流程
• 2.2.2 1A级评定
• 2.2.3 18级评定（当量裂纹法）
• 2.3 二级评定
• 2.3.1 主要特征及评定流程
• 2.3.2 二级评定曲线
• 2.3.3 二级评定坐标的确定
• 2.3.4 二级评定残余应力的处理
• 2.4 三级评定
• 2.4.1 三级评定的评定曲线
• 2.5 本章小节
• 第三章 高铌X80 管线钢接头断裂性能研究
• 3.1 X80 钢力学性能试验
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 力学性能试验
• 3.2 CTOD断裂韧度的测试
• 3.2.1 试样的制备
• 3.2.2 CTOD试验
• 3.2.3 试验结果
• 3.2.4 有效性判别
• 3.3 本章小节
• 第四章 含缺陷管道环焊缝的安全评定
• 4.1 基本评定参数的确定
• 4.1.1 焊接工艺参数
• 4.1.2 评定的缺陷类型
• 4.1.3 材料性能
• 4.1.4 残余应力
• 4.1.5 错边引起的应力集中
• 4.1.6 焊趾应力引起的应力集中
• 4.1.7 参考应力的确定
• 4.2 评定分析
• 4.2.1 二级评定曲线的建立
• 4.2.2 评定点的计算
• 4.3 评定结果
• 4.4 本章小节
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录 应力强度因子的求解
• 致谢