电流辅助焊件双边感应加热的温度场和应力场研究

发布时间：2020-06-02 06:24

【摘要】：目前海洋能源已成为全球可持续发展主流能源的重要组成部分,随着陆地及近海油气资源的日渐枯竭,深海油气开发正在成为世界石油工业的主要增长点和科技创新的前沿领域,厚壁埋弧焊管作为深海油气输送管,其焊缝区域力学性能的好坏不仅影响焊管的服役寿命,更对海洋资源利用造成隐性的安全隐患。在焊管焊缝感应热处理过程中,如果对焊缝区域进行集中式感应加热,就会存在焊缝径向温差偏大、温度分布可控性差和易造成焊缝区域残余应力集中的缺陷。本文针对以上问题采用双边法对焊缝两侧进行感应加热,同时向焊缝处通入辅助脉冲电流,用以改善焊缝质量,通过数值模拟和实验分析的方法,探究电流辅助焊件双边感应加热温度场和应力场的演变规律。本文的主要内容包括:通过ANSYS有限元软件建立电-磁-热-结构多场耦合预测模型,分析焊缝集中式感应加热对沿壁厚方向温差的影响,依据模拟结果,为缩小焊缝处温差,对焊缝两侧进行脉冲电流辅助双边法感应加热,得到焊缝处的温度分布,并探究辅助脉冲电流与焊缝温度场的分布规律。研究不同工艺参数下脉冲电流辅助焊件双边感应加热的过程。主要探究感应加热参数(电流频率和电流密度)、脉冲电流参数(脉冲电流强度、脉冲频率和脉冲宽度)和线圈位置参数(线圈与焊件加热间距、两线圈加热角度和两线圈加热间距)对焊缝及热影响区温度和辅助电流分布的影响,并以壁厚方向的温差最小化为标准来判定焊缝加热质量。分析脉冲电流辅助双边感应加热后焊缝及热影响区残余应力的变化规律,探究辅助脉冲电流对应力分布的影响,以及两线圈加热角度和两线圈加热间距对焊缝及热影响区残余应力峰值分布的影响,得出焊缝及热影响区残余应力峰值波动的原因。对脉冲电流辅助双边感应加热进行实验研究。分别进行测温实验、金相实验和残余应力测定实验,与模拟结果进行对比分析,验证脉冲电流辅助焊件双边感应加热工艺方法的有效性。
【图文】：

[5-7]，这对海底管线运载体的维修是个巨大的考验，图1-1为海洋工程管路铺设作业，图1-2为海洋用管焊接接头维修现场。因此在生产深海管线时对管线钢的材料选择和焊接工艺提出了更加严格的质量要求。目前全球深海油气输送管正在向大厚壁和高强度方向发展[8,9]，我国海底管线钢入口压力超过 20MPa，管线材料普遍采用 X60、X70 和 X80 钢级，部分将采用 X100 钢级的高强度钢、甚至 X120 钢级的超高强度钢。图 1-1 海洋工程管路铺设作业 图 1-2 海洋用管焊接接头维修现场

[5-7]，这对海底管线运载体的维修是个巨大的考验，图1-1为海洋工程管路铺设作业，图1-2为海洋用管焊接接头维修现场。因此在生产深海管线时对管线钢的材料选择和焊接工艺提出了更加严格的质量要求。目前全球深海油气输送管正在向大厚壁和高强度方向发展[8,9]，，我国海底管线钢入口压力超过 20MPa，管线材料普遍采用 X60、X70 和 X80 钢级，部分将采用 X100 钢级的高强度钢、甚至 X120 钢级的超高强度钢。图 1-1 海洋工程管路铺设作业 图 1-2 海洋用管焊接接头维修现场
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM924.01

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本文编号：2692744