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1、螺旋埋弧焊管焊缝断裂失效分析焊管.第30卷第6期.2007年】1月.试验与研究螺旋埋弧焊管焊缝断裂失效分析马小明,余娟(华南理工大学工业装备与控制工程学院,广州510640)摘要:针对某输送成品油管道的螺旋焊管焊缝断裂事故,进行了断口宏观形貌,金相组织,扫描电镜,能谱及硬度分析试验,并用有限元分析法比较了土压,含水量,地基对管道应力的影响.失效分析结果表明,螺旋焊管焊缝断裂主要是由于管道附近泥浆化趋势,较高的堆土以及焊缝缺陷造成.关键词:螺旋焊管;焊接缺陷;堆土;泥浆化中图分类号:TE88文献标志码:A文章编号:1001—3938(2007)06—0031—051基本
2、情况某输送成品柴油的管道爆裂,爆裂部位距两端截止阀距离长,导致管内大量柴油泄漏.该管道采用~b273mmx7mm螺旋埋弧焊钢管,材质为A3F,输送介质为常温柴油,设计压力为1.6MPa,操作压力为1.4MPa,投运时间为1984年,管道埋深约2m.为了查出该事故的原因,对送检样品进行了失效分析.据调查了解,2005年9月12日,高速公路修建队伍开始在管道附近堆土作为公路基础,致使管底基础发生变化.次日,管道正上方和管道旁边从地面起有6m左右高的堆土,当天下午管道上方有油冒出.管道周边临近泥塘,周围泥土含水量极高,管道周围开挖后油水反向渗出,使管道周围的泥具有一定的流动
3、性.当挖开管道后,发现有一段长约450ln/n钢管断裂扭曲,钢管两端水平和垂直错位最大达到150ln/n.图1是所送检测样品.2失效分析2.1断口宏观分析认真观察断口的宏观形貌,可以发现:(1)样品外表面没有明显的土壤腐蚀,外沥变得圆滑,于是应力集中系数变小.对比管壁内外两侧咬边的应力集中系数发现,内管壁的咬边引起的应力集中系数相对较大.这是因为环向应力在管壁厚度方向的分布是不均匀的,越接近内管壁环向应力值越大;其次,管壁内侧咬边表面承受着来自管道内部的水压,使咬边缺陷周围应力值进一步增大.综上所述,咬边缺陷边缘区域将产生较高的应力集中,应力集中系数的大小与咬边的锐度
4、,咬边的位置有关.3结论(1)咬边缺陷锐度越大,应力集中系数越大;(2)位于管壁内侧的咬边缺陷比管壁外侧的咬边缺陷引起的应力集中系数大;(3)咬边缺陷经打磨后,可以降低缺陷处的应力集中系数.参考文献:[1]博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解[M].北京:中国水利水电出版社,2006.[2]陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].北京:机械工业出版社,1998作者简介:徐磊(1983一),男,山东肥城人,在读硕士,主要从事工程结构安全评定的研究工作.收稿日期:2007—04—13?32?焊管2007年11月图1两端剪切断裂和螺旋焊缝断裂的送检样品青漆防
5、腐层完整,样品内表面也没有明显的介质腐蚀迹象.钢管截面已变为椭圆状态,短轴方向外直径(即沿着压扁方向)最小尺寸为150mm.(2)断口总体共3处,即样品两端的短断口和沿焊缝的断口.样品两端短断口宏观呈剪切断裂形态,断口长度均大于300mm,超过钢管直径,断面与钢管轴线成45.,存在可观察到的塑性变形;焊缝断口总长度大于600mm,张开时没有明显撕裂母材的现象,内外焊缝材料呈现拉脱状态,断口存在明显的分层现象.断口表面存在大量的泥土污染物和油迹,焊缝断口两侧塑性变形迹象不明显,断口附近管壁减薄不明显(见图1).(a)焊缝断口上大量层状条纹17×2.2断口的微观分析…2.
6、2.1扫描电镜分析将所送样品的断口制成微观分析样品,在超声波清洗器内反复清洗后,在扫描电镜上进行观察.观察发现,样品焊缝断口上存在大量的层状条纹,分层现象明显,而微观塑性不明显.两端断口存在明显的剪切滑移趋势,有大量剪切韧窝;同时断口表面存在轻微的介质污染,附有可见杂质(见图2).2.2.2能谱分析为鉴别材料的化学成分,对样品进行能谱分析.断口平均面能谱分析表明,材料的主要成分(b)焊缝断口明显的分层20×(C)环向断口明显的剪切滑移趋势500×(d)环向断口上有取向的韧窝500×图2扫描电镜照片第30卷第6期马小明等:螺旋埋弧焊管焊缝断裂失效分析?33?为Fe与C两
7、种元素,此结果基本与A3F材料的化学成分一致,即材料与设计一致.2.3材料的金相分析通过金相分析(图3)得出,母材晶体形貌为长条状铁素体与珠光体相间结构,内外壁表层晶体为等轴铁素体.材料为正常晶体形貌,但经历过瞬间高温的工况后,表面珠光体脱碳,使晶体形貌发生改变.(a)材料基体金相形貌500×(b)钢管外壁表层金相形貌200×(c)材料中夹杂分布集中500X(d)珠光体连成线状200×(e)焊缝区组织500X(f)焊缝区裂缝500X(g)裂缝沿晶界扩展(羽毛状上贝氏体白色板状魏氏组织)200~图3金相组织照片基体中杂质较多,部分分布集中,呈现带状组织
