双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究

【摘要】：SAF2205双相不锈钢管道广泛地应用于化工、海洋石油平台等国民经济重要部门的建设。双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响,因此,有必要开展对SAF2205双相不锈钢管道焊接工艺的研究,设计并评定最佳焊接工艺参数,保证焊接接头具有良好的力学性能和抗腐蚀性能。同时在焊接过程有可能出现焊接接头组织性能劣化及产生缺陷,因此在“合于使用”原则的指导下,采用SINTAP标准对管道结构进行安全评定,为结构的安全使用提供保证。所以,开展对SAF2205双相不锈钢管道焊接质量的控制和安全评定,无疑具有重要的学术价值和现实意义。 本文针对SAF2205双相不锈钢管道进行了两种焊接工艺的设计,以焊接接头具有最佳相比例(铁素体的含量约为50%)为指导原则,从大量的焊接工艺参数试验结果中筛选出最佳的焊接工艺参数,并对它进行了重复性验证试验,最终得到满足相比例的两种焊接工艺。 本文对在最佳焊接工艺参数下施焊的SAF2205双相不锈钢管道焊接接头的进行了力学性能和抗腐蚀性能试验,结果表明焊接接头具有优良的力学性能和抗腐蚀性能,能完全满足实际工程的要求。但研究也发现相比例并不是评定双相不锈钢焊接接头综合性能的唯一标准,还需考虑显微组织的微观形态等因素。 首次建立了双相不锈钢管道全位置焊接移动热源的三维有限元计算模型,以瞬态温度场分析为基础,利用ANSYS程序进行了焊接残余应力的热弹塑性分析。三维有限元计算结果表明:在管道接头内表面的焊缝及近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,随着离开焊缝距离的增加,由拉应力逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力,而环向残余应力为拉应力。由于5G全位置的焊接工艺,从环向位置上的应力变化规律可以看出正半周和负半周的应力分布具有明显的对称性。采用盲孔法实测值与三维有限元计算结果分布规律基本一致。 采用欧共体提出的结构完整性评定方法SINTAP对焊接接头焊趾处的表面裂纹进行了安全评定,在给定原始裂纹尺寸及载荷条件下,评定点均落在评定曲线定义的范围内,说明该结构在给定受载情况下可以安全使用。