X65管线钢管闪光对焊温度场数值模拟及接头性能研究

发布时间：2017-11-21 22:15

  本文关键词：X65管线钢管闪光对焊温度场数值模拟及接头性能研究

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【摘要】：X65管线钢管强度高并具有良好的抗延性断裂能力,是输气管道中的高钢级管材,作为管道运输的主体,其焊接质量的优劣对管道运输起着决定性的重要影响。闪光对焊技术在管道焊接方面具有显著优势,但随着高强度管线钢强度等级的不断提高,使得高强度管线钢管闪光对焊接头的质量与安全问题日益突出,成为闪光对焊技术在高钢级管道焊接应用发展方面的瓶颈。管道闪光对焊工艺参数对焊接接头的力学性能和质量都有一定影响,因此,正确选择工艺参数将是保证焊接质量的关键,据此本文将展开对管道闪光焊焊接过程中不同闪光速度对接头温度场分布及接头性能的影响进行研究。本文首先利用图像处理技术对X65管线钢管闪光对焊过程中聚集在管道内壁焊口处的熔融金属残渣形成过程进行监测；分析其成形过程,得到熔融金属残渣在焊接过程中的面积—时间曲线,为下一步温度场模拟研究提供了准确的边界条件。然后使用有限元分析软件ANSYS建立管道闪光对焊的电-热有限元耦合模型,在不同焊接参数下对X65管线钢管闪光对焊：激发闪光阶段、稳定闪光阶段、加速闪光阶段等不同阶段内焊件端部的温度场分布进行数值模拟。模型综合考虑了材料相变和温度对材料热物性系数的影响,利用单元“生死”技术解决了闪光烧损问题,通过单元实体分层加载解决了接触电阻问题,总结得出X65管线钢管闪光对焊在不同焊接阶段的温度场分布规律。同时,用红外热成像仪实时测量闪光对焊过程中焊件温度,试验结果表明：测量温度和计算结果基本吻合,数值模型较为准确地反映了实际焊接过程。最后,对不同闪光速度下得到的焊接接头进行力学性能测试,包括拉伸、弯曲、刻槽锤断试验,进行对比分析得出第二组闪光速度下得到的接头性能明显优于其他两组,说明闪光速度对闪光对焊过程中焊件温度场的形成有重要影响；闪光速度过慢或过快都很难在焊接端口形成熔融金属层,热源存在时间减少,造成接端口温度相对较低,焊接端口热变形区域变窄,使得焊接接头的抗拉性能、弯曲性能变差,且会在接头焊缝处形成大量的灰斑缺陷。选择力学性能较好的第二组接头进行金相显微组织分析,通过用金相显微镜观察接头的显微组织发现X65管线钢管闪光对焊焊接头组织沿轴向线晶粒度逐渐增大,接头的组织越靠近焊缝区晶粒越粗大,焊缝区晶粒度达到最大。究其原因是焊件内部各点的热循环曲线导致各区域晶粒差别,焊缝区热输入量最大,与熔合线距离越远,焊接热输入量相对减少,这就是母材-热影响区-焊缝区晶粒逐渐变粗的原因。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11;TP391.41

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本文编号：1212487