20号钢环焊缝中夹杂物对氢扩散行为影响

摘要

氢气大规模输送是实现中国“双碳”战略目标的重要环节，但将氢气掺入现有天然气管网可能引发管道氢脆，焊缝处存在严重的应力集中，更易导致氢富集进而可能导致管道失效。采用ABAQUS软件建立含夹杂的20号钢环焊缝二维模型，利用热力耦合方法分析焊接温度场及残余应力场；在考虑接头组织不均匀性和焊缝处存在残余应力的基础上进行氢扩散仿真模拟，分析夹杂分布、取向和形状对焊缝中氢扩散特性的影响规律。结果表明：当夹杂平行于氢扩散方向时，夹杂边界周围应力集中的区域易产生氢偏聚；填充层中夹杂-焊缝金属界面局部氢浓度最高，约为根焊层的2.45倍；当夹杂垂直于氢扩散方向时，残余压应力不利于堆叠夹杂的氢捕获；与平行于氢扩散方向夹杂相比，填充层夹杂内最高氢浓度降幅达到了48%;当填充层存在球状夹杂时，氢并没有在夹杂-焊缝金属界面聚集，而是扩散到了接头附近的母材区域，增大了管材失效风险。

关键词

夹杂物 / 环焊缝 / 残余应力 / 氢扩散 / 氢富集