基于crackwise的x65管线直焊缝焊接缺陷工程临界评价摘要本文.pdfVIP

基于CRACKWISE 的X65 管线直焊缝焊接缺陷工程临界评估 王怀龙 曹能 摘 要 本文以Φ762mm ×28.6mm （X65 ）的深海管线为研究对象，对管线直焊缝焊接 接头区域的断裂韧性进行了测定，同时利用 CRACKWISE 软件对管线服役过程 中直焊缝的缺陷容忍度进行了评估。对管线服役条件下所允许的最大裂纹尺寸及 设计寿命下最大初始裂纹尺寸进行了计算，为管线生产过程中缺陷超标焊管的判 废与否提供判断依据。 关键词：工程临界评估 ECA 断裂韧性 CTOD 管线 一、ECA 评估方法概述 ECA （Engineering critical assessment ）是基于“合于使用”原则在断裂力学、 材料力学等学科基础上发展出的用于判定带缺陷结构服役安全性的评估方法。 ECA 标准 BS7910 以断裂力学为基础，通过失效评定图（FAD ，Failure Assessment Diagram ）对缺陷的安全性进行评定，如图1，若缺陷评估点落在FAD 曲线以内，则缺陷是安全，构件在承受最大应力的情况下不会发生脆性或塑形破 [1] 坏，否则意味着缺陷的存在有导致结构断裂破坏的危险 。文章中，采用BS7910 所描述的基于应力的二级评定，评估中所用得到软件为TWI 基于 BS7910 开发 的商业软件CrackWise4 （4.3.10710 ）。 图1 ECA 评估FAD 图 二、管线性能及服役条件分析 1.评估位置及预设缺陷 本次评估针对于直焊缝区域，选取的焊接缺陷为内、外焊趾表面裂纹和外表 面以下3mm 处的内部裂纹。其中焊趾为焊接缺陷多发和应力集中处，是疲劳断 [2] 裂的常见起裂位置，而 3mm 恰好约为手工电弧单道焊缝的厚度 ，该内部裂纹 模拟直焊缝补焊过程中层间缺陷的情况。为保证一定的安全性，我们将初始裂纹 的尺寸假定为1mm （a ）×10mm （2c ），如图2 所示： 图2 内部裂纹和表面裂纹示意图 2.管线力学性能 通过对该规格管线进行力学性能测试，得到了管线环焊缝及直焊缝的拉伸力 学性能如表1，其中抗拉强度将用于计算材料的塑性失效参数Lrmax ，屈服强度则 用于对残余应力进行估算。 表1 材料力学性能 拉伸性能 直焊缝（环向应力） （MPa） 母材 焊缝 屈服强度 548 604 抗拉强度 615 667 表2 为该管线焊缝、热影响区、母材在0℃下断裂韧性的最小值，其中三个 值中最小断裂韧性值（0.479mm ）将被用于直焊缝的安全性评估。由于管线铺设 海域海床的最低温度为 13.7℃，因此采用0℃的断裂韧性值对海底管线进行评估 安全余量更大。 表2 断裂韧性 断裂韧性 直焊缝（最小试验值） 母材 焊缝 热影响区 CTOD （mm） 0.695 0.479 0.981 3.应力 3.1 最大一次应力 据工程资料，管线输送压力为23.6MPa 。评估中认为最大一次应力主要取决 [3] 于最大内压。根据管线的规格尺寸，利用拉梅(Lame)公式 进