焊接管道lbb分析中泄漏速率的研究

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1、焊接管道LBB分析中泄漏速率的研究摘要：先泄后斷(lbb)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于焊接壓力容器及管道的設(shè)計(jì)中，該理論是指在壓力容器和管道中的裂紋達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)以前．可以檢測(cè)到通過(guò)該裂紋的流體的泄漏。使用計(jì)算機(jī)程序模擬了通過(guò)裂紋的流體泄漏速率；通過(guò)有限元分析程序fluent，對(duì)簡(jiǎn)單情況下的單相流體在壓力管道中裂紋不同張開(kāi)方向上的泄漏速率進(jìn)行模擬計(jì)算，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行比較分析。得出泄漏速率與裂紋張開(kāi)位移(cod)和裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系均不是線性關(guān)系．并且cod的擴(kuò)展對(duì)泄漏速率的影響要大于裂紋長(zhǎng)度對(duì)其的影響。因此，cod的擴(kuò)展值是

2、影響管道內(nèi)流體泄漏速率的主要因素。關(guān)鍵詞：先泄后斷；焊接管道；泄漏速率；fluent中圖分類號(hào)：tg457．6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a管道中的焊接結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中常常由于焊接接頭組織性能的劣化以及其它原因不可避免地產(chǎn)生各種缺陷，使焊接接頭成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而影響管道的正常運(yùn)行。為了保證其安全運(yùn)行，并使其具有合理性和科學(xué)性，進(jìn)行先泄后斷的安全收稿日期：2006-12-21：修回日期：2007-07-18基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50375109)評(píng)定具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。先泄后斷(leak．befor

3、e．break，lbb)是指表面裂紋在外加載荷和其它因素作用下逐漸發(fā)展．穿透壁厚形成貫穿裂紋．造成管道內(nèi)介質(zhì)泄漏。當(dāng)泄漏量達(dá)到一定程度后。即可被相應(yīng)的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。但壁面方向裂紋長(zhǎng)度仍有足夠的安全裕度．達(dá)到一定長(zhǎng)度后才會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展從而導(dǎo)致管道徹底斷裂。如果從發(fā)現(xiàn)泄漏到管道毀滅性破壞之間有足夠長(zhǎng)的時(shí)間采其中①，②位于反應(yīng)層1，③，④位于反應(yīng)層2，⑤位于反應(yīng)層3；在不銹鋼側(cè)反應(yīng)層，根據(jù)①的元素比，可以判斷①為fe在b—ti中的固溶體，fe一化合物，黑灰色；②含pa；保溫時(shí)間4o70min；保護(hù)氣體為氮?dú)狻?2

4、)選用ti—cti作中間層擴(kuò)散釬焊a1：o一tic復(fù)合陶瓷與不銹鋼，可有效地緩和接頭殘余應(yīng)力，并且與陶瓷具有良好反應(yīng)能力，可獲得足夠強(qiáng)度的復(fù)合陶瓷，不銹鋼擴(kuò)散釬焊接頭。(3)a1：o一tic復(fù)合陶瓷與不銹鋼擴(kuò)散釬焊接頭形成3個(gè)擴(kuò)散反應(yīng)層，其中一個(gè)位于cr18一ni8不銹鋼側(cè)．厚度約為17．5m；靠近陶瓷側(cè)的反應(yīng)層厚度約為7．5m，中間反應(yīng)層厚度約為5m。(4)通過(guò)電子探針?lè)治觯琣i：o_tic復(fù)合陶瓷與不銹鋼擴(kuò)散釬焊接頭的元素分布表明，a1：0，_tic復(fù)合陶瓷與不銹鋼接頭擴(kuò)散反應(yīng)形成產(chǎn)物主要有：靠近陶瓷一側(cè)是

5、tic．ti一0和—a1；靠近不銹鋼一側(cè)是fe在b—ti中的固溶體，fe一化合物和tic；中間一層是cu固溶體和cu—fri相。焊接學(xué)報(bào)，2004，25(4)：15—18．[6]孫榮祿，楊文杰，張九海．鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散焊接頭的組織和性能[j]．焊接技術(shù)，1997，26(4)：4-6．22·試驗(yàn)與研究·焊接技術(shù)第36卷第5期2007年1o月取安全處理措施(如卸壓、修理等)，則避免了由于快速整體破壞而引起的災(zāi)難性事故，sharples~.提出了先泄后斷評(píng)定的一般準(zhǔn)則，如圖1所示。陟蟠魁嫩一＼失穩(wěn)擴(kuò)展1c裂紋長(zhǎng)度圖

6、1先泄后斷評(píng)定的一般準(zhǔn)則這將使在役含缺陷壓力容器和管道等承壓構(gòu)件的安全評(píng)定更具合理性和科學(xué)性，并將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，國(guó)外一些最新、最有影響的標(biāo)準(zhǔn)如英國(guó)的bs一7910“金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收方法”和歐洲共同體提出的sinrrap“結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定方法”提出了先泄后斷的評(píng)定方法lbb評(píng)定方法的一個(gè)重要條件是：在管道壁上形成的穿透裂紋在擴(kuò)展到發(fā)生破壞性斷裂的臨界長(zhǎng)度前，泄漏速度足夠大．確保能被檢測(cè)到。lbb分析技術(shù)只能在監(jiān)測(cè)裝置探測(cè)到了泄漏而裂縫尺寸仍然小于臨界裂縫長(zhǎng)度時(shí)，才能應(yīng)用。因此，在lbb分析技

7、術(shù)中，裂縫泄漏率與裂縫幾何尺寸之間關(guān)系的計(jì)算是非常重要的。本文主要采用大型流體有限元計(jì)算軟件nuente來(lái)計(jì)算管道環(huán)向裂縫中流體的泄漏速率與裂縫幾何尺寸之間的關(guān)系。1管道裂紋的擴(kuò)展機(jī)制當(dāng)管道壁上的表面裂紋擴(kuò)展成穿透裂紋后．在管道所承受的膜應(yīng)力及彎矩應(yīng)力的作用下．可有2種擴(kuò)展機(jī)制[53：一是沿環(huán)向方向上繼續(xù)擴(kuò)展．使裂紋長(zhǎng)度增加：二是沿軸向使裂紋張開(kāi)位移值(crackopeningdisplacement，cod)增加。這2種擴(kuò)展機(jī)制都使裂紋張開(kāi)面積增加。從而影響泄漏速率的大小2泄漏速率的計(jì)算管道中裂紋的泄漏速率計(jì)

8、算是以流體力學(xué)分析為基礎(chǔ)的。流體在壓力作用下從開(kāi)口泄出的量主要取決于管道內(nèi)部的壓力、流動(dòng)速度、溫度以及流動(dòng)過(guò)程中的水阻。在不同條件下的泄漏計(jì)算可以采用不同的方法。流體穿過(guò)裂縫的泄漏速率計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題．涉及到裂紋的幾何形狀、流過(guò)的路徑長(zhǎng)度、摩擦效應(yīng)以及流體穿過(guò)裂紋的熱動(dòng)力學(xué)等方面，和許多不確定的條件有關(guān)，是lbb分析中最困難的一部分工作。因?yàn)橛嘘P(guān)泄漏條件的復(fù)雜性，所以對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化是