شبيه سازي عددي جوشكاري زيرپودري مارپيچ در لوله فولادي انتقال گاز از نوع API X70

Numerical Simulation of Submerged Spiral Arc Welding on API X70 Gas Transmission Steel Pipe

تنش هاي پسماند ناشي از جوشكاري باعث كاهش تنش طراحي در خطوط لوله قطور و پر فشار انتقال گاز طبيعي مي شود. لوله مورد بررسي از نوع API X70 با قطر خارجي و ضخامت 142/3 و 1/98سانتي متر است. براي اندازه گيري تنش هاي پسماند در اين لوله از آزمايش كرنش سنجي سوراخ استفاده مي شود. با توجه به ابعاد بزرگ لوله و اينكه حمل ونقل آن براي انجام آزمون كرنش سنجي سوراخ مشكل است جداسازي يك نمونه محدود از آن بسيار مناسب است. در پژوهش حاضر ابعاد اين نمونه با ابعاد محدود بررسي مي شود سپس شبيه سازي جوشكاري در نمونه جداشده انجام و تنش هاي پسماند از جمله تنش پسماند به منظور ضخامت براي اولين بار ارايه مي شود. نتايج نشان مي دهد كه جداسازي نمونه استاندارد با ابعاد 44×32سانتي متر به منظور اندازه گيري تنش پسماند در لوله فولادي مطلوب است. موقعيت و ميزان تنش پسماند كششي و فشاري بيشينه در لوله به دست آمده و تغييرات تنش هاي پسماند محيطي و طولي در سطوح داخلي و خارجي و در نواحي مختلف جوش بررسي مي شود. همچنين صحت سنجي نتايج به دست آمده با نتايج اندازه گيري تنش پسماند در لوله از همين نوع فولاد با هندسه مشابه در مقياس صنعتي انجام مي شود. نتايج نشان داد كه حداكثر تنش پسماند در سطح داخلي لوله در جهت طولي برابر 460مگاپاسكال (96% تنش تسليم) بوده و پس از آزمون فشار مايع ايستا به 200مگاپاسكال (42% تنش تسليم) تقليل يافته است. به دليل اينكه اين مقدار كمتر از نصف تنش تسليم است روش كرنش سنجي سوراخ پس از آزمون فشار مايع ايستا معتبر است.

Welding residual stresses decrease designing stress in natural gas transmission pipes with a large diameter under high internal pressure. The outside diameter and wall thickness of API X70 steel in this research are 142.3 and 1.98 centimeters. Hole drilling is the most common technique in order to measure residual stresses. Considering the large diameter of this pipe, its transportation to conduct a hole drilling test is a big problem so cutting a finite sample is desired. In this study, the standard dimension of this sample plate is analyzed, and simulation of the welding process is conducted. The residual stresses in different directions are obtained. Residual stresses for the thickness is presented for the first time. The results show that separating a finite sample with a size of 32×44 centimeters is appropriate to perform the hole drilling test. The location and amount of the maximum compressive and tensile residual stress are obtained, and variation in the hoop and longitudinal residual stresses on both internal and external surfaces of pipe samples are investigated. Also, validation of simulation results is performed by comparing with the experimental results of the residual stress in the same pipe on an industrial scale. The results showed that maximum residual stress in the inner surface of the pipe in the longitudinal direction was 460MPa (96 percent of yield stress) which was reduced to 200MPa (42 percent of yield stress) after the hydrostatic test. Because residual stress after the hydrostatic test is lower than the half of yield stress, the hole drilling technique is validated after the hydrostatic test.