【摘要】：鉆井隔水管作為深海油氣勘探開(kāi)發(fā)中非常重要的一環(huán),是否安全是目前隔水管研究的重中之重,因此,為了確保海洋鉆井隔水管不會(huì)在計(jì)劃壽命期內(nèi)因?yàn)槠跀嗔讯?對(duì)鉆井隔水管進(jìn)行疲勞性能分析就變得非常重要,而X80管線鋼由于其高強(qiáng)韌性、耐蝕性被大量應(yīng)用于隔水管的建造當(dāng)中。X80鋼所形成的隔水管焊接接頭作為整個(gè)焊接構(gòu)件中最脆弱的地方,具有比較高的疲勞強(qiáng)度是整個(gè)隔水管正常運(yùn)行的保證。本文取樣于X80鋼隔水管部分管道,對(duì)焊接接頭進(jìn)行疲勞試驗(yàn)以及數(shù)值模擬以探究焊接接頭的疲勞性能、疲勞影響因素以及找到提高其疲勞性能的方法。利用超聲沖擊應(yīng)力消除設(shè)備、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)、光學(xué)顯微鏡(OM)、KJ3-3型壓痕應(yīng)力測(cè)試儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和顯微硬度儀等設(shè)備對(duì)焊接接頭的組織性能和力學(xué)性能進(jìn)行了分析。同時(shí)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)焊接接頭的壽命進(jìn)行了模擬,并對(duì)不同形式的焊接接頭疲勞性能進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明:焊接接頭的焊趾部位存在應(yīng)力集中,容易發(fā)生疲勞斷裂,去除余高之后會(huì)改善這一點(diǎn)并提高焊接接頭的疲勞壽命4~6倍;超聲沖擊處理能夠改善焊趾區(qū)表面形貌,形成圓滑過(guò)渡,還可細(xì)化表面晶粒,提升表面層硬度,并且消除了殘余拉應(yīng)力,產(chǎn)生有效的壓應(yīng)力,降低焊接接頭的應(yīng)力集中并提高疲勞壽命。對(duì)焊接接頭疲勞性能的模擬計(jì)算表明,超聲沖擊以及去除余高可以提高焊接接頭的疲勞壽命,去除余高效果比超聲沖擊效果更優(yōu);在不考慮殘余應(yīng)力影響的情況下,雙面對(duì)稱開(kāi)設(shè)的坡口型式形成的焊接接頭疲勞性能最為優(yōu)異,U型坡口較V型坡口更好一些,Y型坡口相對(duì)較差;焊接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)隨著坡口角度的增加而降低,而鈍邊高度的大小對(duì)疲勞壽命影響不大;焊接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)隨著焊趾傾角的增大而增加,疲勞壽命隨著焊趾傾角的增大而降低。
[Abstract]:As a very important part of deep-sea oil and gas exploration and development, the safety of drilling risers is the most important part of the current research on risers. Therefore, in order to ensure that offshore drilling risers do not fail due to fatigue fracture during their planned lifetime, It is very important to analyze the fatigue performance of drilling riser, and X80 pipeline steel is due to its high strength and toughness. Corrosion resistance is widely used in the construction of riser. The welded joint of riser formed by steel .X80 is regarded as the most vulnerable place in the whole welding component, and the high fatigue strength is the guarantee of the normal operation of the whole riser. In this paper, the fatigue test and numerical simulation of welded joints are carried out on the X80 steel riser pipe to investigate the fatigue properties of welded joints, fatigue influencing factors and ways to improve their fatigue properties. The microstructure and mechanical properties of welded joints were analyzed by means of ultrasonic shock stress relief equipment, electro-hydraulic servo fatigue testing machine, optical microscope (OM) KJ3-3 indentation stress tester, scanning electron microscope (SEM) and microhardness tester. At the same time, the life of welded joints is simulated by finite element analysis software ANSYS Workbench, and the fatigue properties of welded joints of different forms are analyzed. The results show that there is stress concentration in the toe of welded joint, and fatigue fracture is easy to occur. The fatigue life of welded joint can be improved by 4 ~ 6 times after removing the remaining height, and the surface morphology of weld toe can be improved by ultrasonic impact treatment. The smooth transition can also refine the surface grain, increase the hardness of the surface layer, eliminate the residual tensile stress, produce effective compressive stress, reduce the stress concentration of the welded joint and increase the fatigue life. The simulation results of fatigue properties of welded joints show that ultrasonic impact and removal of residual height can improve the fatigue life of welded joints, and the effect of removing residual high is better than that of ultrasonic impact, without considering the influence of residual stress, the fatigue life of welded joints can be improved by ultrasonic impact. The fatigue properties of welded joints formed by double-sided symmetrical groove are the most excellent. The U-type groove is better than the V-shaped groove, and the stress concentration factor of welded joint decreases with the increase of groove angle. The stress concentration factor of welded joints increases with the increase of toe inclination angle, and the fatigue life decreases with the increase of toe inclination angle.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE95;TG407

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2184924