高频直缝焊管动态中频感应加热过程数值分析及实验研究

发布时间：2017-08-08 20:18

  本文关键词：高频直缝焊管动态中频感应加热过程数值分析及实验研究

  更多相关文章： 感应加热 温度分布 数值分析 高频直缝焊管

【摘要】：目前随着油气资源勘探向边远地区、高寒地区和深海地区的发展,石油焊接管面临的工作环境日趋恶劣。为了避免发生重大损失,必须不断提高焊缝的质量,生产出高性能,高附加值的产品,以满足焊管行业日益严格的质量需求。高频直缝焊管在进行高频焊接时,会形成焊接粗晶热影响区,该区域的组织性能与母材相比有很大差异,因此会严重影响焊缝质量。我们必须对其进行中频热处理,来改善焊缝的组织性能,降低焊缝区与母材之间的性能差异。中频热处理过程中焊缝处的温度场分布是决定焊缝质量的关键,因此探究动态感应加热过程中焊缝处的三维温度场形态是非常有必要的。本文针对高频直缝焊管的中频热处理过程进行了如下内容的研究工作:(1)根据高频直缝焊管中频热处理的特点,设计了一种基于ANSYS软件的对高频直缝焊管中频热处理过程进行动态仿真的模拟方法。通过感应线圈和焊管之间的相对运动,建立了将运动因素考虑在内的三维电磁-热耦合数学模型,依据该模型可以实现具有不同电流密度和电流频率的两个感应线圈同时对焊缝进行感应加热;探究了感应线圈的步进距离对焊缝处温度场的影响以及稳定温度场的评价标准。(2)分别对高频直缝焊管的中频感应加热过程进行了静态和动态两种仿真,并将计算所得的温度分布进行了研究和对比分析;对中频热处理过程的电磁-热耦合过程进行了量化分析;利用MATLAB软件将最终得到的稳定温度场进行曲面拟合,探究稳态温度场的边界形态。(3)通过构建横向磁通感应加热实验平台和实时测温控制系统,对直缝焊管进行横向磁通感应加热实验,然后对热影响区内六个测温点的升温曲线进行了对比分析;通过采用相同的模拟方法对实验过程进行动态仿真,并将实测数据和模拟数据进行比对,验证模拟结果的准确性;通过对实验所得温度场的分布规律进行分析,再次验证有限元计算的可靠性。
【关键词】：感应加热 温度分布 数值分析 高频直缝焊管
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG44;TG156.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 在焊管感应焊接方面11-12
• 1.2.2 在感应热处理方面12-14
• 1.3 课题研究的主要内容及意义14-16
• 第2章 中频感应加热基本理论16-27
• 2.1 感应加热基本原理16-18
• 2.2 电磁场分析18-21
• 2.2.1 电磁场基本原理18-19
• 2.2.2 电磁场数学模型的建立19-21
• 2.3 温度场分析21-24
• 2.3.1 热传递的几种方式22
• 2.3.2 温度场数学模型的建立22-24
• 2.4 有限元软件的选取24-26
• 2.4.1 ANSYS软件中的耦合分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 中频感应加热数值模拟27-49
• 3.1 中频感应加热有限元模型的建立27-36
• 3.1.1 模拟方案27-28
• 3.1.2 假设条件及关键技术问题的处理28-30
• 3.1.3 程序设计原则30-31
• 3.1.4 实验材料及性能31-32
• 3.1.5 几何模型32
• 3.1.6 单元选择与网格划分32-35
• 3.1.7 物理环境的创建35-36
• 3.2 有限元模拟温度分布结果36-42
• 3.2.1 中频感应加热过程的动态仿真37-38
• 3.2.2 步进距离对加热效果的影响38-42
• 3.3 中频感应加热过程温度场稳定性的研究42-47
• 3.3.1 温度场分布42-44
• 3.3.2 温度场稳定性评价44-45
• 3.3.3 滞后性研究45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 中频感应加热过程的动态分析49-69
• 4.1 中频感应加热过程的动态和静态分析49-56
• 4.1.1 中频感应加热过程的静态仿真49-52
• 4.1.2 中频感应加热过程的动态仿真52-54
• 4.1.3 静态仿真和动态仿真对热影响区的影响54-56
• 4.2 中频感应加热过程的电磁-热耦合分析56-60
• 4.2.1 焊缝外表面云图分析56-57
• 4.2.2 焊缝中心轴向截面云图分析57-60
• 4.3 感应加热过程三维稳态温度场的数值拟合60-68
• 4.3.1 探究热处理温度边界61-65
• 4.3.2 速度对双椭球参数的影响65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 感应加热和测温实验69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 实验前的准备工作69-72
• 5.2.1 实验设备和实验工艺参数69-71
• 5.2.2 实验方案和对测温系统的检验71-72
• 5.3 实验部分的数值模拟结果与实测结果对比分析72-75
• 5.4 探究实验部分的温度场形态75-76
• 5.5 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果83-84
• 致谢84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;直缝焊管专题索引[J];鞍钢技术;1981年12期

2 ;国外高频直缝焊管生产[J];轧钢;1984年01期

3 童明生;直缝焊管成型的非线性有限元分析程序设计[J];电脑开发与应用;1995年04期

4 丁作礼;大直径直缝焊管生产现状与发展（三）[J];鞍钢技术;1996年02期

5 彭在美;石化工业的发展与直缝焊管的应用[J];化工设备与管道;2000年02期

6 严圣祥,钟倩霞;我国应发展大口径直缝焊管技术[J];钢铁;2001年05期

7 秦建平;强力成型厚壁直缝焊管技术研究[J];焊管;2003年01期

8 唐继明;;浅析高频直缝焊管用坯料及成型要求[J];河北冶金;2006年04期

9 曹辉;王月伶;;大直径直缝焊管工艺方案设计[J];鞍钢技术;2007年03期

10 高颖;李强;;大口径直缝焊管有限元仿真技术[J];重型机械;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 曹辉;王月伶;;10万t直径直缝焊管工艺方案设计[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年

2 韩彦光;李金生;;关于直缝焊管几种常用成型方法的对比研究[A];第十届北方（八省市）钢管技术研讨会暨第十七届全国钢管生产技术信息交流会论文汇编[C];2006年

3 王超;郑文华;;大口径直缝焊管精整区自动控制系统的设计与实现[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年

4 朱晓明;;先进的直缝焊管毛刺清除工具应用介绍[A];第十届北方（八省市）钢管技术研讨会暨第十七届全国钢管生产技术信息交流会论文汇编[C];2006年

5 马永山;徐志锋;;直缝焊管(UOE)热煨弯管最佳工艺参数的研究[A];石油工程焊接技术交流研讨会论文集[C];2005年

6 马永山;徐志锋;马彦昌;;直缝焊管(UOE)热煨弯管的弯制试验研究[A];石油工程焊接技术交流研讨会论文集[C];2005年

7 朱吉祥;王小伍;郭京华;;大直缝焊管钢板超声波探伤的几种扫查方式浅析[A];2007'湖北·武汉NDT学术年会论文集[C];2007年

8 黎剑峰;王利树;;直缝焊管在钢结构中的应用前景[A];2008年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2008年

9 黄伟丽;杨志刚;田宝生;邓艳通;陈四平;;镀锌管用料Q235B钢工艺研究[A];2013年低成本炼钢技术交流论坛论文集[C];2013年

10 熊建辉;史宏德;吴文辉;蒋劲茂;;宝钢ERW柔性成型辊位参数的确定[A];第十一届北方钢管技术研讨会论文汇编[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 李楠;“高频直缝焊管机”列入国家进口替代目录[N];大连日报;2009年

2 本报记者 高荆萍　通讯员 李楠;大连三高研制的世界首条大直径直缝焊管生产线投产[N];中国工业报;2011年

3 记者 韦敏;淮钢油井管、直缝焊管项目开工[N];中国冶金报;2008年

4 实习生 隋阳 记者 张雪楠;直缝焊管项目正式投产[N];图们江报;2010年

5 记者 刘相华;金洲管道收到2.7亿元直缝焊管订单[N];上海证券报;2011年

6 王进;宝钢大口径直缝焊管生产线投产[N];中国证券报;2008年

7 张金虎;大直缝焊管装备生产是否应降温？[N];中国冶金报;2008年

8 记者 杨丽英;太矿集团出口直缝焊管成套设备实现零突破[N];中国冶金报;2011年

9 本报首席记者蔡立军 通讯员吴文筠;靠创新战略应对危机拓市场[N];中国冶金报;2009年

10 记者 陈青　特约记者 马静;宝鸡钢管直缝焊管产能提升[N];中国石油报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 孙红磊;大型直缝焊管四点弯曲JCOC成形新工艺研究[D];燕山大学;2012年

2 高颖;大口径直缝焊管JCO成形过程理论分析与计算机仿真[D];燕山大学;2011年

3 屈晓阳;大型直缝焊管JCOE成形工艺及CAPP系统研究[D];燕山大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何巨;大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺及CAPP系统研究[D];燕山大学;2015年

2 赵天旭;高频直缝焊管动态中频感应加热过程数值分析及实验研究[D];燕山大学;2016年

3 孟宪昌;大型直缝焊管挠度检测系统研究[D];燕山大学;2011年

4 刘倩;大口径直缝焊管扩径消应工艺模拟[D];天津大学;2006年

5 唐立峰;大口径直缝焊管成型应力分析[D];天津大学;2006年

6 孙德洋;大口径直缝焊管成型工艺研究[D];天津理工大学;2010年

7 杨强;大型直缝焊管成形板边预弯弹复解析及工艺参数优化[D];燕山大学;2012年

8 王仕杰;大直径ERW直缝焊管排辊成型工艺研究[D];太原科技大学;2007年

9 徐洪申;大口径直缝焊管JCO成形有限元分析与关键工艺参数优化[D];燕山大学;2012年

10 蔡星周;大口径直缝焊管机械扩径工艺过程的数值模拟与多目标参数优化[D];燕山大学;2007年

，

本文编号：641840