基于轮廓法管接头焊接残余应力分析

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压力管道广泛应用于石油、核电和化工等工业领域中,焊接是压力管道主要连接方法,不可避免会产生残余应力。残余应力的存在,会降低管道的力学和疲劳性能,更易使焊接接头开裂。T型焊制管接头是压力管道主要使用的接头形式之一,其残余应力分布复杂。因此,研究T型焊制管接头的残余应力大小和分布具有重要工程应用价值。本文利用轮廓法测量T型焊制管接头的残余应力,分析该接头残余应力分布,探明其应力分布规律。基于轮廓法理论,提出一种新的轮廓值处理方法,即采用最小二乘法,以协方差为指标,确定切割面轮廓点云的基准面;采用半径滤波的方法,以半径阈值为指标,对已确定基准面的切割面轮廓值进行降噪;采用插值的方法,对已降噪轮廓值进行光顺处理。采用切割法和X射线衍射法在平板对接接头上对轮廓法的精度进行验证,验证结果表明,数据处理方法正确,轮廓法精度满足要求。平板焊接接头的应力测量结果表明,拉应力主要分布于焊接接头区域,峰值为315MPa,位于焊缝中心处。压应力主要分布于远离焊缝的试板边缘区域,峰值为-150MPa,位于离焊缝125mm处。利用轮廓法对特定尺寸的T型焊制管接头残余应力进行分析。结果表明,管接头拉应力峰值位于距离支管内表面4mm的支管上,其值为390MPa。焊缝区域的应力峰值位于靠近母管的焊趾区域,其值为125MPa。管接头表面应力分布中,接头表面最下方和靠近母管侧焊趾的焊缝表面为拉应力分布区,其值分别为95MPa和65MPa。
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