Efectos del entorno de hidrógeno sobre la propiedad mecánica y la integridad estructural de la soldadura de anillo de tubería X80

Resumen Transportar gas natural mezclado con hidrógeno con una alta proporción de mezcla de hidrógeno en tuberías de acero de alta calidad presenta una solución prometedora para el transporte de energía de hidrógeno a larga distancia en el futuro. Sin embargo, la degradación del rendimiento y el riesgo de agrietamiento de las soldaduras de anillo en entornos de hidrógeno plantean desafíos técnicos significativos, limitando el desarrollo de la tecnología de transporte de energía de hidrógeno. Existen diferencias entre las propiedades mecánicas circunferenciales y longitudinales de las soldaduras en las tuberías. Por lo tanto, la práctica actualmente extendida de utilizar barras redondas de soldadura de anillo circunferencial para determinar las propiedades mecánicas de la soldadura de anillo y evaluar su riesgo de agrietamiento es inexacta. Además, hay investigación limitada sobre cómo los entornos de hidrógeno influyen en estas diferencias de propiedades mecánicas. Para abordar esta brecha, este estudio diseña y produce especímenes de soldadura cruzada con muescas longitudinales y especímenes estándar de soldadura completa circunferencial del metal de soldadura de anillo de tubería X80. Se realiza una prueba de tracción a una baja tasa de deformación en ambos entornos típicos de mezcla de hidrógeno (con una mezcla de hidrógeno del 20%) y en entornos de aire a alta presión (10 MPa), utilizando metal de soldadura de anillo de tubería X80. Se propone un nuevo método, que combina modelado por elementos finitos y algoritmos de optimización, para revertir la relación constitutiva del metal de soldadura de anillo de tubería X80 en la dirección longitudinal de la tubería bajo entornos de hidrógeno. Se utilizan las técnicas del Kernel-Based Extreme Learning Machine (KELM) y la Improved Grey Wolf Optimization (I-GWO) para obtener las verdaderas relaciones constitutivas de esfuerzo-deformación bajo diferentes condiciones ambientales. Este estudio compara las relaciones constitutivas de esfuerzo-deformación longitudinal y circunferencial en entornos de aire y de hidrógeno. Basándose en pruebas de tenacidad a la fractura de las soldaduras de tubería X80 y el método de Evaluación Crítica de Ingeniería (ECA), se investigaron preliminarmente los efectos del hidrógeno sobre las propiedades mecánicas y la integridad estructural de los defectos agrietados en las soldaduras de anillo. Los hallazgos ofrecen perspectivas valiosas para las evaluaciones de fractura de las soldaduras de anillo de tubería, particularmente en entornos de hidrógeno, utilizando diagramas de evaluación de fallas.