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未焊透缺陷压力管道的亚洲城88

ca88亚洲城:2019-02-21 19:07
有限元

      某工程氧气管道在射线检测过程中发现多处严重未焊透缺陷,由于工期紧张、修复施工难度大等多种原因,无法进行修复。为了保证工程进度和管道的安全运行,采用了有限元方法对此管道进行了静强度分析校核,并在此基础上进行了断裂力学评定。该管道总长约4500m,主体材料为1Cr18Ni9Ti,设计压力为1.6MPa,管道规格为426X10mm,在常温下工作。射线探伤发现存在100余处根部未焊透缺陷,主要发生在炼钢车间内旁路管道和氧气站出口管段上。最严重的未焊透缺陷深约1mm,轴向宽度约1mm,断续存在于炼钢车间内过滤器旁路管道弯头与直管的连接焊缝内侧整条焊缝上。
      为了进行安全评定,首先应进行整条管道(无缺陷)的静载有限元分析,寻找最大应力发生的位置;然后采用子模型方法分别分析最有可能发生断裂的缺陷位置处的详细应力状况并进行静强度校核和断裂力学评定。对管道的整体分析采用分段方式进行。根据焊接缺陷的实际分布位置,分析中选取炼钢车间旁路管道和氧气站出口管道两段进行有限元应力分析。为了较准确地得到管道的实际应力水平,分析中没有选择运算量较小的管单元,而是采用ANSYS软件的SOLID92(十节点四面体实体单元)建立三维模型进行分析。分析模型中通过约束关键点的X,Y,Z三个方向的平动位移来模拟管道上的固定支座,通过约束垂直于管道轴线的两个平动位移来模拟管道上的滑动支座。
      在分段分析模型的两端管道截取面上约束车由向位移。分析模型考虑管道内压力以及阀门、过滤器的重量载荷,不考虑管道自重、介质重量以及介质流动方向改变带来的载荷。旁路管道系统的三个阀门及氧气过滤器的质量均为1000Kg(即重载均为9800N),分析模型将这些集中载荷均布在其重心周围的8个关键点上。分析中材料杨氏模量取为195000MPa,泊桑比取为0.243,旁路管道模型中单元数量为253883个,节点数量为452484个,氧气站出口管道模型中单元数量为213322个,节点数量为425399个。分析表明,旁路管道弯头与直管连接位置应力水平是所有发现焊接缺陷位置中最高的,因此子模型取在此位置。子模型有两个,一个不含缺陷(目的是将应力用于断裂评定),一个含缺陷(目的是进行静强度校核)。缺陷取为深、宽各1的整圈未焊透。
      在焊缝位置取8条评定线进行线法强度评定。结果见表。由于应力水平很低,因此表中仅给出了这8条评定线上各种应力的范围。需要说明的是,模型中没有考虑未焊透缺陷根部的过渡圆角,而是采用直角;由于理论上的直角是不存在的,峰值应力分析结果是不准确的,会随着网格的细化一直成比例增加,因此表中没有对峰值应力和总应力进行评定。从表可以看出,应力水平均很低且均满足要求。
      与静强度校核相同,考虑最为严重的情况,即在焊缝内侧存在深度为1的整圈未焊透,并按照表面裂纹处理,这样,裂纹深度d=1mm,裂纹半长carAX406/2=637.42mm,管子壁厚取t=10mm。在进行评定之前,首先需要确定无缺陷时缺陷位置的应力状况。从前面的无缺陷分析模型可以得到缺陷焊缝截面的轴向应力分布,为了得到断裂评定用薄膜应力和弯曲应力,在最大应力点附近取11条穿过壁厚的评定线(评定线A-K),分析结果见表20、①沿焊缝截面均匀分布的轴向拉应力:无缺陷时为17.47MPa(取表2中的最大值),即al=17.47MPa;②沿焊缝截面线性分布的弯曲应力:从表可以看出,此项应力很小;③焊接残余应力:由于焊接后不进行消除应力热处理,因此焊接残余应力取为材料的屈服强度,即373MPa。残余应力的当量拉应力值为63=373X0.6=223.8MPa;④总应变值。E=0.0018;⑤塑性应变0.001913;⑥断裂韧性0.265mm 。为板材试验结果,考虑焊缝的影响,计算中取r=0.265/1.5,所以不会发生断裂,缺陷允许存在。将am反算成未焊透缺陷,可以得到a=5.1mm,也就是说,最大允许存在的未焊透缺陷深度为5.1mm。
      (1)亚洲城88表明,除了连接旁路管道的三通位置出现较高应力外(为173MPa),其它位置的应力强度水平均在50MPa以下。所以,从宏观意义上看,整个管道系统的工作应力水平均很低,低于材料屈服强度的1/7(6s=373MPa),抗拉强度的1/10(6h=540MPa)。(2)在上述断裂评定过程中,采用了非常保守的做法,如用整圈未焊透代替实际的断续未焊透、未焊透深度取用最大值、采用最高的应力值、将断裂韧性降低33%等,即便如此,允许存在的整圈未焊透深度仍然可以达到管子壁厚的50%。这说明对低应力水平的压力管道,从静强度角度考虑未焊透缺陷的要求可以适当放宽。


                                                                                  专业从事机械产品设计│亚洲城88│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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