压力管道焊接热影响区裂纹扩展研究

压力管道焊接热影响区裂纹扩展研究

焦炎

中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 湖南省长沙市 410004

摘要：压力管道作为一种由受压部件和支承件等部件组成的装配总成，承担大量输送，计量，排放等功能，其焊接质量是影响其发挥重点作用的主要因素，本文大致论述了对压力管道焊接裂纹进行控制的意义所在，对焊缝在残余应力的作用下导致裂纹持续扩展的现象进行了详细深入的研究和分析，还就当管道出现长久负荷状态下产生功能性疲劳导致的焊接缝处裂纹的扩展也进行了重点分析，希望相关技术人员引起注意。

关键词：压力管道；焊接热影响区；裂纹扩展

引言：压力管道的焊接要求非常严格,其质量好坏直接影响管道介质的流速流向和安全稳定运行，但是由于现场管道安装对口、环境、人员、残余应力、运行过程中温差等各种原因，焊缝位置可能出现裂纹，且不加控制裂纹会持续扩大，最终造成严重事故，为加强压力管道系统的运行质量，减少和避免出现裂纹给工程造成重大隐患，作业人员和管理人员应明确对焊接质量的重要意义，找出其成因，采取可行性措施掌控焊接作业质量，确保工程整体安全性能良好，正常发挥功能。

1压力管道焊接裂缝的控制思路和价值

压力管道是我国在管道领域中所常见应用中的重要压力管道设备，这种压力管道在我国各行各业中的应用十分广泛，包括热能，电力，制药，食品等众多领域都有着极为广泛的应用，随着压力管道在这些行业中的应用不断发展，压力管道本身的结构以及功能都出现了逐渐复杂的趋势而且压力管道本身枯藤规模以及一体化自动化和智能化的水平都在快速的进行迭代。在传统的压力管道生产流通使用过程中管理问题所引发的管道质量问题，导致产生的损伤以及这些损伤而导致的严重事故都时有发生，所以在对管道进行质量管控过程中应当抓住重要的质量问题，较为常见的是管道裂纹问题，管道裂纹产生后会逐渐发展，并使得管道本身的性能遭到破坏，最终引发破裂，造成生产、环境、设备、人生等危害情况发生，所以应当重视管道裂纹问题并建立相应的解决预案和方法。

2焊接残余应力所产生的裂纹

2.1 裂纹贯穿扩展影响

2.1.1 裂纹穿透对强度因子的影响

管道在连接的过程中会通过焊接的方式来进行连接但是在焊接的过程中可能会受到一些因素的影响使得应力强度因子受到破坏，特别是在管道强力对口以及焊接过程中所产生的残余应力会导致管道出现裂纹或使得裂纹的发展情况变快。

2.1.2 穿透裂纹扩展作用

随着压力管道的长时间运行，温度的不断变化表面的裂纹会逐渐渗透至管道内壁使得管道整体发生破裂，特别是当压力管道在焊接残余应力的影响下，管道会因残余应力而疲劳，这会使得裂纹的发展速度变快，当裂纹发展到一定程度时就会产生贯穿裂纹，此时的管道内壁压力曲线变化出现了较为正常的规律，然而裂纹的长度与焊缝区域所受到的外力影响成正比关系。

2.2 表面裂纹扩展产生的影响

2.2.1 表面裂纹应力对强度因子影响

压力管道的裂纹在受到内部压力的影响作用下其本身的强度因子会依据裂纹的长度以及深度受到较大的影响，这种影响会在变化过程中逐渐变得稳定。在压力管道受到热处理之后其本身结构中的应力强度因子会逐渐降低，这使得裂纹的发展速度逐渐变得平稳，然而当裂纹的深度和长度在不断增加的过程中，因焊接而产生的环向残余应力也会降低对管道的影响使得因内压而产生的应力强度因子变化范围差值出现降低的情况。

2.2.2 裂纹扩展分析意义

当焊缝位置出现明显的裂纹，使得裂纹在该处的扩展过程中也会将残余应力进行重新分配，随着裂纹在不断扩展的过程中，断面上的应力会受到裂纹扩展的影响逐渐降低，随着裂纹区域的焊缝残余应力同步降低，裂纹的尖端处此时所受到的残余应力处于较高的状态，随着热影响的发生，压力管道的裂纹会依照径向路径进行发展，最终发展的过程会依照椭圆形态逐渐进行。

2.2.3 残余应力的重分布作用

在对焊接之后没有出现裂纹的管道内部进行加压后，会使得其焊接的残余应力得到有效的降低，在这个过程中管道内部的压力逐渐增大焊缝附近的残余应力释放程度也得到了有效的提升。归其原因是在外部载荷处延伸出的残余应力和焊缝处的残余应力进行了有效的叠加使得塑性变形区域的残余应力得到了有效的降低，随着载荷长度的不断加强残余应力带来的影响也逐渐降低，在这个过程中压力管道内部的轴向残余应力也会得到相应的释放。

3焊接热影响区裂纹的扩展作用

压力管道的裂纹扩展能够对压力管道的使用产生直接的影响，其影响因素主要包括对压力管道的整体性能以及使用寿命。为了降低这种残余应力对压力管道的影响，相关单位应当对压力管道的安装和使用建立相应的规章制度，通过对管道对口，焊接过程的控制降低影响管道发生裂纹的因素。与此同时企业还应当对参与管道安装的工作人员进行施工工艺流程的培训工作，以提升管道安装的整体性能，降低负面因素对管道正常运行产生的影响。

3.1 疲劳裂纹的原理

管道在焊接过程中所产生的残余应力会大大降低管道的使用寿命。这种残余应力对于管道所带来的裂纹不同的阶段对压力管道产生影响，在裂纹开始扩展的前期，管道外部的裂纹疲劳其增长速度高于管道内壁的裂纹增长速度随着裂纹的不断扩张，内表面所展示出的扩展速率开始增强，这使得压力管道内表面的寿命往往没有外表面的使用寿命长，而这些残余应力沿着管道内壁开始从内到外进行传递，最终使得外表面的裂纹发展速度逐渐加快。

3.2 疲劳寿命受到应力比的影响

影响管道疲劳寿命的因素除了残余应力带来的裂纹之外，应力比也会影响管道的疲劳寿命随着裂纹的长度和深度出现平衡状态，此时的应力比也处于较小的数值，那么对于管道的使用寿命会产生负面影响，随着应力比的降低，焊接过程中所带来的残余应力对管道疲劳值的影响也会出现同步降低的情况。当压力管道完成热处理之后，管道的疲劳寿命和未投入使用的管道寿命保持一致，究其原因是在对管道进行热处理时降低了残余应力对管道寿命带来的破坏和影响，降低了裂纹扩展的速度。

结束语：综上所述，压力管道作为一种重要的基础设施，其整个系统对严密性能有很高的要求，而管道的焊缝处因各种应力和其他外力作用经常会有裂纹产生，给整个系统的运行质量和安全稳定性带来严重影响和隐患，其破坏性作用不可小觑，工程建设人员尤其是焊接作业人员和技术管理人员应加强压力管道的焊接施工作业，采取措施控制焊接作业质量，从安全意识和技术操作方面都要高标准严要求，确保工程质量和安全性能，保障系统稳定可靠运行。

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