ERW焊管焊接接头疲劳性能

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ERW焊管焊接接头疲劳性能

ERW焊管焊接接头疲劳性能

来源:2205双相不锈钢焊管发布:2020-04-16 22:49:54类别:不锈钢焊接

在管线钢的焊接过程中,焊缝及热影响区往往是整个管体性能最薄弱的区域,失效断裂往往容易在焊接接头发生,因此,对焊接接头疲劳性能的研究引起人们广泛关注。

Lee等人根据API X65管线钢的母材和焊接接头的组织、拉伸性能和断裂韧性,建立了焊接接头缺陷失效评估图,研究发现:只有微拉伸试验和裂纹尖端开口位移试验(CTOD)才能成功地绘制出反映焊接热影响区的疲劳性能的失效评估图。Ju等人研究了X65钢环形焊接接头,结果表明,熔合线附近的焊接热影响区粗晶区具有最低的CTOD值和最高的韧脆转变温度(DBTT)值,这加速了裂纹的扩展,细晶区韧性较高,能够对疲劳裂纹起到阻碍的作用。该结果与赵作鹏等在铁素体/贝氏体双相X80焊接接头的疲劳性能研究一致。焊接接头的疲劳裂纹在焊缝处形成,并沿焊接粗晶区迅速扩展;随裂纹扩展进入细晶区,裂纹扩展速率显著降低;当裂纹穿过细晶区后,裂纹扩展速率逐渐增加。焊接接头的疲劳裂纹扩展速率与模拟热影响区试样的疲劳裂纹扩展速率相差不大。

Seto等人研究了API X65管线钢焊接接头低周疲劳性能,存在焊接缺陷的试样的疲劳强度与等效缺陷尺寸成反比例。张华等[30]研究了西气东输X80焊接接头疲劳性能及寿命预期,结果表明,与母材的研究结果相比,焊接接头的疲劳性能远低于母材,其寿命及维护周期明显缩短。

这些焊接接头疲劳性能的研究结果都是针对采用埋弧焊或气体保护焊的钢管焊缝或钢管对接的环焊缝。焊缝熔覆金属是经焊材及母材熔化快速凝固的组织;而热影响区则是经过焊接热循环后的组织,并存在焊缝余高。虽然焊缝熔覆金属存在的缺陷几率高于母材,但由于焊缝余高所引起的应力集中作用及热影响区的性能恶化,焊缝处是疲劳裂纹最主要的萌生位置,显著降低钢管疲劳性能。

与埋弧焊管不同,高频电阻焊的ERW焊管的焊缝通常由1条不大于0.2 mm宽的熔合线和呈亚腰鼓形对称分布于融合线两侧的热影响区构成,内外毛刺均经过去除处理,焊缝没有焊缝余高,而且焊缝均经过焊后热处理。这将导致ERW钢管焊接接头与埋弧焊管焊接头之间不同的疲劳特性。

Lee等人发现通过辊轧成形工艺形成的ERW管显示出沿圆周方向的屈服应力分布,并且焊管的性能受到屈服应力的大小和分布的强烈影响。韩军等研究了X80ERW焊管焊缝的疲劳裂纹扩展速率,研究发现,应力比对疲劳裂纹扩展速率有很大的影响,随应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率增加,疲劳寿命缩短。

Simion等人采用全壁厚试样研究ERW疲劳性能,结果表明影响纵向焊管疲劳性能的因素很多,但最重要的因素是表面质量、椭圆几何形状、韧性和焊接引起的应力集中。由于热影响区的应力集中,焊接管低于无缝管的疲劳抗力;焊管的韧性与其抗疲劳性能之间存在很强的相关性;焊缝退火导致焊缝的软化,但也提高了焊缝的韧性和疲劳性能。结果还表明,使用全尺寸的疲劳试样能够更加全面的评价ERW钢管焊接接头的疲劳性能。

田鹏等人通过对X52X70 ERW焊管的疲劳性能的研究发现,管体和焊接接头均具有优异的强度和冲击韧性平衡,在相同的循环条件下,焊接接头疲劳性能弱于的管体,表面缺陷极大的影响管体和焊接接头的疲劳性能。对于管线的强度评估,必须考虑表面缺陷对疲劳性能的影响。Khalaj等人对API X60级钢的商用PWHT(焊后热处理)方式进行了研究,得出API X60级钢推荐使用两步淬火和回火的结论。

Kyada等人通过扫描电子显微镜用能量色散光谱法发现,在ERW焊缝的下表面有细小裂纹形成,这与板坯窄面在焊接过程中的热应力有关,裂纹平行于焊接流线,且易于在冷成型时扩展。

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