油气管线高强钢激光电弧复合焊接技术研究

发布时间：2017-04-10 23:07

  本文关键词：油气管线高强钢激光电弧复合焊接技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人们对石油和天然气的使用需求越来越大,对这些能源的运输要求也越来越高,使得国内外油气管道向高钢级、长距离、大口径发展。在长距离管线工程的建造中,焊缝质量和焊接速度是项目的关键因素。激光-电弧复合焊接是-种优质、高效的新型焊接方法,以其大熔深、较强的间隙适应性、快速焊接等优点,在管线钢焊接上有明显的优势。本文采用光纤激光-MIG电弧旁轴复合焊接方式,研究和探讨了复合焊主要工艺参数：激光功率、光丝间距、激光离焦量等对焊接工艺的影响及基本规律。通过试验得到良好的复合焊参数：当激光功率为3kW,焊接速度在0.5m/min,焊接电流为140A时较为理想,焊缝成型较好,激光热源和电弧热源的耦合效果最佳,电信号波形稳定。为了提高焊接效率的同时,降低裂纹产生的可能,针对3.5、4、4.5、5、5.5mm五种不同钝边平板,选取合适的激光复合焊接工艺参数,得到不同热输入下的合格焊缝并进行研究。通过分析焊接接头热影响区的金相组织,得到随着热输入变化,板条贝氏体和粒状贝氏体晶粒尺寸和数量的变化规律。通过对拉伸、弯曲、冲击、硬度等试验结果进行分析,5组试件焊接接头均满足《西气东输二线管道线路焊接规范》中的标准。,得到热输入为16.1kJ/cm左右时的焊接接头具有较好的韧性和综合性能。针对厚度为10mm的X80管线钢平板对接焊形式,模拟激光-电弧复合焊的温度和应力场分布,建立了双椭球体热源模型,比较了模拟仿真和实际试验两者的焊缝横截面形状和熔深熔宽,验证了采用的焊接热源模型的合理性。通过对X80管线钢激光-电弧复合焊应力场的模拟分析,得到焊缝纵向残余拉应力场的分布,与试验测量结果做比较表明可知,模拟结果和试验情况吻合良好。
【关键词】：激光-电弧复合焊 工艺研究 力学性能 有限元分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.3;TG47
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题背景与意义13-14
• 1.2 X80管线钢的应用现状14-15
• 1.3 激光-电弧复合焊研究现状15-23
• 1.3.1 激光-电弧复合焊的发展16-19
• 1.3.2 激光-电弧复合焊原理和特点19-21
• 1.3.3 焊接数值模拟应用现状21-23
• 1.4 本论文的研究内容23-25
• 第二章 试验材料、设备及方法25-35
• 2.1 试验材料25-26
• 2.1.1 试验材料选取25-26
• 2.1.2 材料焊接性分析26
• 2.2 试验设备26-32
• 2.3 试验方法32-35
• 第三章 激光-电弧复合焊工艺参数研究35-47
• 3.1 激光功率与焊接电流的影响35-38
• 3.2 焊接速度的影响38-39
• 3.3 离焦量的影响39-40
• 3.4 光丝间距的影响40-41
• 3.5 焊接过程稳定性分析41-42
• 3.6 复合焊工艺方案42-46
• 3.6.1 热输入方案的确定43
• 3.6.2 热输入量的确定43-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第四章 焊缝综合性能研究47-61
• 4.1 引言47-48
• 4.2 焊缝综合性能测试48-59
• 4.2.1 焊接接头宏观检测48-49
• 4.2.2 接头显微组织及分析49-52
• 4.2.3 拉伸性能测试52-53
• 4.2.4 弯曲性能测试53-54
• 4.2.5 冲击性能测试54-56
• 4.2.6 硬度测试及分析56-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 温度场应力场模拟分析61-77
• 5.1 有限元理论基础61-62
• 5.2 ANSYS软件介绍62-63
• 5.3 焊接温度应力场的分析理论63-66
• 5.3.1 焊接温度场理论基础64
• 5.3.2 焊接应力场的理论基础64-66
• 5.4 复合焊温度场和应力场模拟过程66-76
• 5.4.1 材料参数和建模66-69
• 5.4.2 网格划分和边界条件69-71
• 5.4.3 热源加载和时间步长71-72
• 5.4.4 温度场的模拟和试验验证72-73
• 5.4.5 应力场的模拟和试验验证73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 全文总结77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-87
• 研究成果及发表的学术论文87-89
• 作者及导师简介89-90
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书90-91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张罡,李建军,丁春辉;20g钢对接焊接接头循环应力-应变的特性[J];焊接学报;2001年02期

2 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2003年05期

3 张敏,丁方,许德胜,程祖海;焊接接头断裂准则工程化应用方法[J];焊接学报;2004年01期

4 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2004年03期

5 张敏,马博,周永欣;焊接接头断裂抵抗力工程估计方法的数值研究[J];焊接学报;2005年01期

6 张敏;丁方;程祖海;;非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析[J];机械强度;2006年02期

7 宗培;曹雷;邵国良;彭飞;;低强匹配焊接接头特征及界定方法[J];机械强度;2006年03期

8 申春梅;;φ16×48链条焊接接头拉开原因分析[J];科技信息(科学教研);2007年22期

9 李红宝;;内伸入式接管焊接接头应力的有限元分析[J];中国化工装备;2010年02期

10 ;图表2-10 受弯曲作用的焊接接头A[J];石油化工设备简讯;1975年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 段权;;压力容器用16MnR钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年

2 张京海;方大鹏;;高强钢低匹配焊接接头实用性研究[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

3 刘俊;;焊接接头微型剪切试验[A];中国工程物理研究院科技年报（1998）[C];1998年

4 张建强;郭立峰;杜学铭;姜剑宁;王承权;;不同应力状态下单面焊接接头的断裂特性研究[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

5 荆洪阳;霍立兴;张玉凤;;焊接接头脆性断裂的局部法研究[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

6 张建勋;李继红;裴怡;;焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值研究[A];第十一次全国焊接会议论文集（第2册）[C];2005年

7 贾汝唐;;提高焊接接头疲劳可靠性的工艺探讨[A];铁路货车制造工艺学术研讨会论文集[C];2007年

8 孔祥峰;邹妍;王伟;张婧;;水下焊接接头腐蚀行为研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

9 周继云;桂春;唐毅;;非均质焊接接头中的断裂力学参数计算研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

10 王元良;周友龙;陈辉;;微合金化钢及其焊接接头强韧性控制[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 唐佩绵;厚钢板特性对T型焊接接头止裂性的影响[N];世界金属导报;2014年

2 张作贵 摘译;优化产品性能 更好满足用户要求[N];中国冶金报;2008年

3 廖建国;新日铁开发出LNG罐用超级9%Ni钢板[N];世界金属导报;2006年

4 本版编辑 记者 魏敬民 子舒;为海洋钢结构增加安全砝码[N];中国船舶报;2008年

5 唐佩绵;住友金属耐疲劳焊接结构钢的开发[N];世界金属导报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 范文学;焊接接头振动疲劳的数值模拟[D];内蒙古工业大学;2014年

2 王佳杰;低匹配焊接接头弯曲等承载设计及随焊整形[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 舒凤远;厚板铝合金弧焊焊接接头组织及应力演变研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 凌X;基于三材料模型的含HAZ裂纹非匹配焊接接头的断裂评定方法[D];华东理工大学;2015年

5 杨景强;双相不锈钢焊接接头腐蚀与断裂性能研究[D];华东理工大学;2015年

6 马丽莉;孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能研究[D];太原理工大学;2015年

7 秦华;BWELDY960Q钢焊接接头力学性能及组织演变机理研究[D];沈阳工业大学;2015年

8 蔡淑娟;双孔微剪切法评定焊接接头局部力学性能[D];兰州理工大学;2016年

9 万楚豪;U71Mn钢焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 高会英;复杂应力状态下焊接接头的疲劳寿命预测方法研究[D];电子科技大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郝谦;低合金钢焊接接头损伤机理和损伤演变的研究[D];北京工业大学;2001年

2 马博;含缺陷焊接接头完整性评定工程方法及其辅助评定系统设计[D];西安理工大学;2004年

3 隋志强;E36-RCW耐蚀钢焊接接头力学性能和耐蚀性的研究[D];昆明理工大学;2015年

4 朱井军;锌锅焊接接头在450°C铁饱和锌浴中长期浸泡下的腐蚀行为研究[D];华南理工大学;2015年

5 李艳芳;含孔洞缺陷铝合金焊接接头电磁热强化研究[D];燕山大学;2015年

6 胡新阳;HG785D钢焊接接头的疲劳性能研究[D];长安大学;2015年

7 滕诚信;低碳钢焊接接头表面冲击摩擦改性[D];山东建筑大学;2015年

8 于岩;构架转向架用Q345E低合金钢及其接头热矫正性能研究[D];大连交通大学;2015年

9 杨兆华;双相钢与奥氏体不锈钢激光焊接接头组织性能研究[D];苏州大学;2015年

10 李洁瑶;超超临界锅炉管用钢焊接接头蠕变性能研究[D];西安工业大学;2015年

  本文关键词：油气管线高强钢激光电弧复合焊接技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：297742