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摘要：当今我国石油化工行业中压力管道的使用愈加广泛，其中焊接工艺对推动管道事业的发展起到了巨大推进作用，并逐渐朝向多样化、规模化、复杂化方向发展。而如何处理咬边缺陷是当今压力管道领域重点关注的问题。基于此，本文重点对咬边缺陷对压力管道焊接结构应力集中方面进行研究。
关键词：咬边缺陷；压力管道；焊接接头；应力集中；分析
引言
压力管道在当今石油化工领域中的应用十分广泛，作为一种大型压力管道设备，在实际运行中内部会产生极大的液体压力。在压力管道生产当中，因为焊接造成的缺陷问题十分常见，特别是咬边问题。焊接缺陷主要是采用焊接修补。焊接缺陷种类非常多，但是由于关节轴承结合尺寸问题就造成了应力集中，减少了接头位置的强度、疲劳强度，提高焊接部位的脆性，对应力腐蚀造成了极大的影响，这就需要对焊接咬边缺陷进行力学分析以及安全评价。在日常生产、安装中，需要重点分析焊接咬边缺陷，并结合行业所提出的规定标准，咬边程度不同采用不同的安全评价等级，针对咬边问题提供可靠的力学依据，保证管道工程质量。
1压力管道和焊接接头应力集中以及影响
1.1应力集中
在管道工程中，压力管道是重要的组成部分，用于液体输送、分配、分离、排放、测量、控制等。压力管道系统之间相互影响，如果一个系统出现了问题就会影响整个系统。长径比压力管道非常大，在实际使用当中确定性有待提高，并且压力管道维持压力相比压力容器更加复杂。压力管道内部的流体流径较长，即使是管道系统中的缓冲室，因为工作条件变化、频率变化也会影响管道运行质量，如压力、温湿度等都会对管道应力造成影响。同时，管道部件、支架所采用的零部件都有所差异，很多材料内部结构也十分复杂。管道由于较长，所以在运行过程中其泄漏点也非常多，这就导致在管道设计、安装当中具有很多影响因素。
在无线平板情况下，K=3的圆孔边缘为：由于板厚度半径中的圆孔比率不同，所以该板厚度比K在1.8-3之间；在扭转状态下，厚度比K的取值范围在1.6-4.带圆孔采用轴向拉伸形式，结合日常工作经验总结可知，管道局部孔应力相对均匀，也就是应力集中，随着截面尺寸变化，局部应力会逐渐聚集生成集中应力。在相同的截面上，也就是最大截面面积和平均值都是集中应力的应力系数。所以压力管道材料以及构件不得中的孔或槽不得过于锋利，通常是采用圆弧形态的阶梯杆段。当然，应力集中除了和物体物理性质有关，外部因素也是重要的层面（温度、湿度等）。再者，在焊接当中还会产生一定的压力变化，如因为回火不当导致二次淬火裂纹、电火花切割不当产生微型裂纹等，都会造成应力集中。
1.2影响
在压力管道设计、生产、使用中需要重点考虑应力集中问题，特别是脆弱性材料部位。如果管道构件是采用了塑性材料，则构件的结构强度不会受到应力集中的影响。通过对塑性材料进行分析和研究可知，由于应力集中不会影响荷载洗漱，所以可以不必考虑应力集中的影响。交变应力也是重要的影响因素之一，并且交变应力相比静态极限强度低很多，如果构件材料为脆性材料，受到了应力集中影响，在很大程度上会降低构件物理强度，这也是管道构件设计当中的核心问题。结合管道系统的特点以及工艺要求，很多构件都要设置剪线槽、切口，这就导致杆截面尺寸产生一定的变化，此时截面应力平衡会被破坏，这点通过实践试验已经得到了证明。
2压力管道应力分析
压力管道应力直接与管道自身、连接设备安全有着直接关系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这就需要加强压力管道的应力分析工作，在相同的压力作用下，应力性能强化通常都是采用面积补强法（304.3.3），但是该方法不适用于非表列三通元件，三通元件设计需要满足至少以下1个要求：（1）如果管道及其构件的生产形态、生产工艺相同时，为了能够保障管道的生产、安装质量，除了要仿照工艺进行生产，还需要结合长期累积的生产经验，例如结合BPV规范VⅢ-2附录5.F当中的实验应力分析要求，结合ASME B16.9、MSS SP-917、BPV规范VⅢ-1 UG-101规定实验进行更加详细的应力分析；（2）采用FEATools软件对压力管道结构进行设计，FEATools可以将管道的集中应力进行校核；（3）B31.3等面积补强规则能够对支管连接最低性能提出要求，通常需要支管轴线和主管轴线相交。其连接角度需要＞45°，主管直径和厚度比Dh/Th＜100，支管与主管直径比Db/Dh≤1.0主管的Dh/Th≥100，并且Db/Dh＜1/2.
3咬边缺陷对压力管道焊接接头应力集中的影响以及防护
3.1影响
（1）如果压力管道焊接头没有缺陷时，此时的焊缝部位截面较大，荷载也更加均匀，如采用圆弧焊趾设计方法，这样即可保证接头应力的均衡性，从而减少了应力系数；如果焊接接头产生了咬边问题时，就会减少焊缝承载面积，也就增加了集中应力，并且咬边缺陷应力集中，产生很高的局部应力，降低了压力管道承载力。
（2）如果焊缝部位产生了咬边问题时，由于咬边的特性，所以该部位会产生很大的集中应力，咬边深度与集中应力系数之间成正比例，咬边越深则应力集中性越大。这是因为管道承压结构极大，管壁除了要受到轴向力和径向力外，同时也会受到环向应力的影响，环向应力在很打程度上会提高集中应力。
（3）通过后续打磨可以让应力集中变小，表明咬边缺陷和锐度有着直接关系，过渡变得更加圆滑，则应力集中会有所减小。
（4）根据关闭内外两侧咬边特性可知，内管壁咬边是导致应力集中的主要原因，由于管道内壁环向应力分布十分不均，靠近管壁环向的部位的集中应力最大。再者，管壁内侧焊缝部位还会受到液体压力，这就进一步增加了咬边缺陷周围的应力数值。
由此可见，咬边缺陷边缘部位会产生非常强的应力集中，并且应力集中系数和咬边大小、锐度、位置有着直接关系。
3.2防护
（1）如果是环向焊缝，则会在咬边部位产生较大的应力集中，随着咬边尺寸增加应力系数没有明显增加。所以相比纵缝来说，环缝错边危害性更低一些。
（2）提高管壁焊接面积、最大程度上减少焊缝截面坡度，通过提高焊缝面积可以降低应力集中系数，保证接头坡度过渡更加圆润。
（3）管道接头组需要事先处理沟槽，保障沟槽的清洁度，焊接部位需要提高平整性，确保焊缝质量，焊接过程中需要重点关注接头形态。槽位必须要达到设计标准，并且焊接间隙、钝边缘也要符合实际设计标准，否则会导致管道内部出现焊缝凹陷、焊接重叠，否则会增加焊缝裂缝，从而提高了渗透率。焊缝周围焊接必须要足够均匀，喷嘴内壁的厚度不大于10%，也就是不超过15mm。如果管道焊接中衔接补位厚度不一致，则需要结合行业标准进行圆弧形焊接过渡。
（4）如果焊接定位板在焊接管角焊缝处于同一个方向，需要将其安放到管组当中，并采取相应的措施避免焊接变形问题。在定位焊接时，需要和焊接材料、焊接工艺相吻合，并采用性能达标的焊机进行焊接处理。
结束语
总而言之，为了避免压力管道产生泄漏、爆炸事故，需要全面加强管道焊接工艺质量，并在管道运行系统、检修方面做好管理工作，同时还需要在压力管道安装当中展开质量检测，如果发现质量问题需要第一时间修复，这样即可确保压力管道运行的安全性与可靠性。
参考文献：
[1]陈敏. 错边对压力管道焊接接头应力集中影响研究[J]. 中国高新技术企业，2016（30）：69-70.
论文作者:杨勇
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第20期
论文发表时间:2018/10/10
标签：应力论文; 管道论文; 压力论文; 缺陷论文; 截面论文; 构件论文; 部位论文; 《建筑模拟》2018年第20期论文;