管线钢焊接接头断裂韧性及测试方法研究

发布时间：2020-05-10 10:52

【摘要】：管线运输作为油气资源的重要运输手段,在现代能源经济体系中扮演着重要角色。随着经济发展与日俱增的能源需求,对管线钢的性能也提出了更高要求。为保证管线设计及完整性评估过程中的断裂韧性要求,对管线钢进行准确的断裂韧性评估十分必要,对更加简洁有效的管线钢断裂测试方法研究具有重要理论及工程价值。本研究以中国西气东输二线工程为背景,采用断裂力学手段及微观分析方法对X70及X80管线钢安装焊接接头进行断裂韧性测试,采用小试样单轴拉伸实验得到焊接接头各区域精确的强度分布,对焊接接头各区域内的断裂韧性进行准确评估,并得出各区域断裂韧性差异主要影响因素,为管线钢制造过程及管线安装焊接过程的工艺控制提供重要理论支持。同时对管线钢断裂测试手段进行了分析和研究。使用柔度法(UC)及规则化法(NM)进行标准三点弯断裂实验(SENB),对两种方法在焊接接头各区域的适用性进行了讨论。首次将规则化法应用于单边缺口拉伸实验(SENT),并总结及修正了一套完整的单边缺口拉伸规则化法及柔度法。通过研究发现管线钢安装焊接接头在粗晶热影响区及焊缝区由于焊接热输入的影响,在区域内发生晶粒及M/A第二相长大,大大削弱了断裂韧性。在焊接接头的不同区域由于M/A第二相及夹杂物含量差异,在断裂过程中呈现不同的断裂特征。对比三点弯实验柔度法及规则化法,发现二者在焊接接头延性-脆性混合断裂区域出现较大差异。通过不同裂纹深度下的SENT规则化及柔度法试验发现在浅裂纹下柔度法对裂纹长度预测存在较大误差,而SENT规则化法在深裂纹及浅裂纹下均有较好的一致性及准确性。
【图文】：

示意图,铁碳相图,热影响区,焊接接头

[12]，从而形成不同的局部微观结构，示意图如图1-1所示。多道焊结构中，焊缝金属在焊接过程中经历多次热循环及冷却过程，形成了组成及分布复杂的微观结构。临近焊缝区的母材受焊接过程影响，形成热影响区（Heat affected zone）。热影响区中由于组织变化形成了丰富的微观结构，其中包括熔合线附近形成的上贝氏体及马氏体，靠近母材区域的铁素体及珠光体以及常在靠近焊缝区域观察到的粗大晶粒尺寸等[13]。各区域微观结构的组成及分布差异同样受到母材成分，，焊接材料成分差异以及焊接过程热输入范围的影响，从而进一步影响其力学性能。图 1-1 焊接接头热影响区铁碳相图相变示意图[14]Fig. 1-1 Schematic diagram of phase transition in heat affected zone of welded joint using Fe-Cequilibrium phase diagram[14]

阻力曲线,韧性材料,阻力曲线,形式

图 1-2 韧性材料阻力曲线形式[23]Fig. 1-2 Typical J-R curve of ductile material[23]按照试样加载条件可以分为三点弯断裂实验单边缺口拉伸实验（SENT）。阻力曲线评）或载荷-裂纹嘴张开位移（P-CMOD）进行受载情况及测量参数 P、LLD 或 CMOD 示实验经历了长足的发展，目前针对延性金属多国家和机构颁布了详细的指导标准，包E1820[22]等，中国的 GB/T 21143[25]，国际准协会的 BS 7448[27, 28]等等。所有的标准均，以 ASTM 为蓝本发展而来。目前 ASTM度最高的测试标准。来发展起来的新的断裂测试方法。由于 SEN力分布情况十分接近[29]。相比于偏保守的传
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG457.11;TE973

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