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X80直缝焊管机械扩径有限元分析

作　者: 杨文涛
导　师: 李强
学　校: 河北科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 直缝焊管 X80 JCOE 有限元 机械扩径 热模拟
分类号: TG43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着管线钢制造工业技术的提高,油气输送管线正朝着长输送距离、大输送流量和高输送压力的方向发展。“西气东输”工程项目的启动又将我国制管工业带入了一个新纪元,在给国产的大口径直缝焊管生产企业提供了良好发展的契机同时,也对大口径焊管质量和性能提出了更高的要求。机械扩径是大口径直缝焊管生产中确保钢管质量的一道重要工序,机械扩径可以消除成形和焊接时造成的部分残余应力,改善钢管内应力分布状态,同时也有负面影响,如参数选择不当,可造成管坯壁厚减薄严重、热影响区附近出现裂纹等缺陷。机械扩径也是大口径直缝焊管成形的最后成形工艺,对制品的尺寸和形状的完好有重要作用。本文以大型非线性有限元软件ABAQUS为平台,对实验焊管机械扩径进行有限元模拟,并在实验室的条件下,采用小型扩径模具对焊管进行了扩径实验,对比分析实验结果和模拟结果,发现焊管形状吻合良好。为了获得热影响区的力学性能参数,采用X80管线钢进行热模拟实验,将获得的力学性能参数导入有限元模型中,对焊管扩径进行模拟仿真。系统的分析了机械扩径工艺过程椭圆度、噘嘴量对焊管成形尺寸的影响及椭圆度、噘嘴量、相对扭转角度、焊缝余高、扩径率、硬化指数比等对焊管质量的影响。并对X80焊管扩裂原因进行分析,揭示了各参数对热影响区的应力场的影响规律及影响焊管热影响区最大应力的主次因素和规律。给出了X80焊管在机械扩径过程中预防裂纹的措施。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 JCOE 成形方法  10-11
  1.3 机械扩径发展概况及其研究进展  11-15
    1.3.1 焊管的机械扩径  11-13
    1.3.2 焊管机械扩径的研究进展  13-15
  1.4 课题背景和研究方法  15-16
    1.4.1 课题背景  15-16
    1.4.2 研究方法  16
  1.5 本文的研究内容和研究意义  16-18
第2章 实验焊管机械扩径有限元模拟及实验验证  18-31
  2.1 焊管机械扩径变形分析  18-19
  2.2 焊管机械扩径有限元模型  19-23
    2.2.1 管坯几何模型  19-21
    2.2.2 有限元模型  21-23
  2.3 实验焊管机械扩径有限元模拟结果  23-24
  2.4 焊管机械扩径实验  24-28
    2.4.1 实验装置  24-27
    2.4.2 实验结果  27-28
  2.5 模拟结果与实验结果对比分析  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 X80 焊管机械扩径有限元模拟  31-42
  3.1 X80 材料的力学性能  31-32
  3.2 X80 焊管热影响区的力学性能  32-37
    3.2.1 热模拟实验  32-34
    3.2.2 热模拟实验结果  34-35
    3.2.3 拉伸实验结果  35-37
  3.3 有限元模拟仿真结果  37-41
    3.3.1 椭圆度对焊管外径的影响  38-39
    3.3.2 椭圆度对焊管应力分布的影响  39
    3.3.3 噘嘴量对焊管外径的影响  39-40
    3.3.4 噘嘴量对焊管应力分布的影响  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 X80 焊管机械扩径各影响因素分析  42-50
  4.1 形状参数对机械扩径的影响  44-47
    4.1.1 椭圆度  44-45
    4.1.2 噘嘴量  45-46
    4.1.3 焊缝余高  46-47
  4.2 工艺参数对机械扩径的影响  47-48
    4.2.1 相对扭转角度  47-48
    4.2.2 扩径率  48
  4.3 材料性能对机械扩径的影响  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 X80 焊管扩裂原因分析及预防措施  50-62
  5.1 焊管机械扩径中裂纹的产生  50-53
    5.1.1 实际生产中产生的裂纹  50-51
    5.1.2 裂纹产生的计算机仿真  51
    5.1.3 仿真结果分析  51-53
  5.2 焊管扩裂原因分析  53-57
    5.2.1 正交试验  54-55
    5.2.2 结果分析  55-57
  5.3 预防扩裂措施  57-60
  5.4 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接设备
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