Abstract:
[目的]文中旨在研究不同温度下焊接残余应力对含裂纹P91 钢蒸汽管道断裂行为的影响机制,通过数值模拟和试验验证,评估焊接残余应力对管道完整性和安全运行的潜在威胁.[方法]通过CT试样试验验证了有限元模型的可靠性,建立了P91 钢蒸汽管道的含裂纹焊接模型,并采用生死单元技术模拟焊接过程,运用热传递模块计算焊接过程温度场,通过热力耦合得出了焊接应力场的分布模式.[结果]焊接残余应力在焊接完成后沿焊缝中心对称分布,沿轴向方向朝两端递减,在管道厚度方向上,从内层到外层呈现波浪状的增减的分布规律,其中周向应力的数值最大.当管道中引入初始裂纹后,裂纹尖端区域产生了明显的应力集中现象,其中裂纹中心部分呈现拉应力,而裂纹两端呈现压应力.远离裂纹尖端韧带部分,焊接残余应力几乎不受裂纹引入的影响.随着温度的升高,焊接残余应力逐渐降低,并且不同温度下的焊接残余应力的分布规律保持相似.焊接残余应力显著降低了P91 管道的启裂内压,并且随着温度的升高,降低比例逐渐增大,在 800℃时,焊接残余应力单独作用即可导致裂纹启裂.焊接残余应力对管道启裂过程中的应力分布具有重要影响,沿管道厚度方向,周向应力在裂纹尖端位置迅速上升,并在一段距离达到最大值,沿管道裂纹尖端方向,裂纹中心附近应力均趋于稳定,然后迅速下降,在裂纹末端趋于平稳,并且在较高温度时裂纹末端可能会转变为压应力.[结论]焊接残余应力降低了P91 钢管道的启裂内压,随着温度升高降低比例越大,焊接残余应力促进了裂纹中心的启裂,抑制了裂纹两端的启裂,焊接残余应力还降低了启裂时裂尖所需应力,增大了裂纹区域的应力梯度,导致不同温度下裂纹区域的应力分布和启裂位置有所不同.
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焊接
ISSN: 1001-1382
Year: 2024
Issue: 11
Page: 54-64
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