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随着国民经济的快速发展,我国对石油和天然气的需求量飞速增长,最近几年石油需求量平均每年增长12%。预计到2020年我国石油年消耗量将突破4亿吨,届时年消耗石油量的60%将依靠进口。 管道运输是石油、天然气的长距离输送的途径之一,与其它运输方式相比,不仅运输量大,安全性高,且投资少,成本低,目前世界的油气管线总长已达2.7×10~6公里。俄罗斯、美国等西方国家已成为管道运输的大国,我国的油气管线发展相对滞后一些。但是举世瞩目的西气东输工程开启了我国管道建设的新篇章。 随着管道运输的快速发展,其安全性受到愈来愈大的关注,因为地质条件、环境变化以及油气中有害杂质腐蚀等因素均会对运行中的管道造成各种损伤,降低其使用寿命,甚至造成重大的灾难性事故。 本研究源自西气东输工程项目,选用了西气东输管线材料X70钢为研究对象,对典型的Φ711,Φ219和Φ159三种规格的管道焊接区进行了系统的组织结构和力学行为的研究,建立焊接工艺参数一组织结构/残余应力-疲劳裂纹扩展的关系。 用金相显微镜,扫描电镜,定量金相图像采集系统观察分析了母材、焊缝和热影响区的组织结构,并用X射线应力仪进行了焊接残余应力测试,在MTS高频疲劳试验机上对不同焊缝进行了疲劳裂纹扩展速率的试验研究。结果表明,(1)不同的焊接工艺参数对焊缝和热影响区的组织均一性有较大影响。因为热输入及冷却条件的差异会使焊缝中形成粗大的块状铁素体;(2)Φ711管和Φ219管焊缝的疲劳裂纹扩展符合Paris规律,粗大块状铁素体会引起疲劳过程的组织应力集中,加速疲劳裂纹扩展过程,细小均匀组织是保证良好疲劳裂纹寿命和管道安全性的重要因素之一。除了冶金质量,焊接过程合理的组织结构控制应引起足够的重视。(3)在本研究的焊接工艺参数范围,焊接残余应力对疲劳裂纹扩展无明显作用。上述研究结果对于合理的焊接工艺参数制定有一定参考作用。为研究油气管道疲劳性能和安全使用提供了实验依据,为西气东输工程中管道焊接安全性评估提供了技术支撑。