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石油、天然气工业
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焊管 .第30卷第6期 .2007年11月
●试 验 与 研 究
咬边缺陷对压力管道焊接接头
应力集中的研究
徐 磊,雷斌隆,刘 明
(西南交通大学 工程科学研究院,成都610031)
摘 要:从数值模拟入手,采用大型有限元软件ANSYS研究了不同尺寸、不同位置的咬边缺
陷对压力管道焊接接头应力集中系数的影响。计算结果表明,咬边缺陷对压力管道焊接接头
产生了十分明显的应力集中,其影响程度与咬边的深度、宽度和位置有关,锐度越大应力集中
系数就越 大。
关键词:焊接缺陷;焊缝咬边;应力集中;有限元分析
中图分类号:TC,44 文献标志码 :A 文章编号:1001—39382【007)06—0028—03
0 前 言 根据压力管道钢管的几何形状和受载荷条
件,取其横截面的四分之一,建立有限元计算模
大型压力管道在生产和安装过程 中,容易产 型,如图1所示。
生焊缝咬边缺陷。较大尺寸的缺陷一般通过打磨
或补焊等措施进行修复,但深度较小的缺陷往往
被忽略,而没有引起重视。焊接接头强度试验结
果表明:咬边缺陷使接头承载截面的几何尺寸发
生突变,在缺陷处产生较强的应力集中,大大降低
了接头的承载能力。如果在接头处引发裂纹,有
可能使结构产生脆断或疲劳破坏。目前对咬边缺
陷引起焊接接头应力集中的研究,基本上还处于
理论性的或定性的分析。因此,本研究采用有限
元分析软件 ANSYS_1],研究它们在不同深度、不 图1 压力管道有限元计算模型
同宽度和不同位置条件下对焊接接头应力集中的
影响,为压力管道的安全评定提供可靠的力学 在管壁 内外焊缝处布置了不同深度和不同宽
依据。 度的咬边缺陷,用以计算焊接接头的应力分布及
由咬边缺陷引起的应力集中系数,并由计算结果
1 有限元计算 得出相应的关系曲线。
1,2 应力集中系数及咬边缺陷锐度
1.1 压力管道有限元模型 应力集中系数K的计算公式为K= /o-。,
本文以某水电站压力管道为实例,钢管外径 式中: 为焊缝区咬边缺陷处的最大等效应力
1368mm,内径 1300mm,外焊缝宽度 40mm,加 值,MPa;o-。为焊缝区(不含咬边缺陷)等效应力
强高 10mm,内焊缝宽度20mm,加强高5mm;材 值,MPa。
料弹性模量E=2.06×10MPa,泊松比t,=0.3; 定义焊缝咬边缺陷的深度 日与宽度 之 比
管道 内水压 P=6.468MPa。 为咬边锐度5,即S=H/IV。
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第3O卷第6期 徐 磊等:咬边缺陷对压力管道焊接接头应力集中的研究
1.3 外管壁焊缝咬边缺陷应力集中系数的计算 1.4 内管壁焊缝咬边缺陷应力集中系数的计算
在钢管的纵焊缝外侧 ,建立相同宽度 、不同深 在钢管的纵焊缝 内侧,建立相同宽度、不同深
度的咬边缺陷模型,计算结果见表 1和图2一 度的咬边模型。计算结果见表 2和图5一图6。
图4。从图3可 以看 出,不同深度 的咬边引起的 从图6可以看出对于同宽度、不同
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