天然氣管道不停輸帶壓改線焊接研究.pdf

1、天然氣管道不停輸帶壓改線焊接研究Theresearchofinserviceweldingfor’●一‘n‘一一modilicationofgaspipelines學(xué)科專業(yè)：材料加工工程研究生：李超指導(dǎo)教師：王立君教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一零年六月一專一苓，牛六月≮》；I▲i摘要隨著地下燃?xì)夤艿赖膹V泛使用，實際工程中不可避免地應(yīng)用到在役燃?xì)夤艿缼焊木€技術(shù)。目前我國帶壓管道改線技術(shù)只是基于過去積累的經(jīng)驗，缺乏對整個改造工程科學(xué)

2、、量化的數(shù)據(jù)支持。因此，本課題將對天津市某帶壓燃?xì)夤艿栏木€工程進行系統(tǒng)的研究與校驗，主要考察焊接過程中燃?xì)夤艿纼?nèi)壁的溫度和焊接力學(xué)行為。本課題首先針對帶壓管道改線中的環(huán)焊縫制定合理的焊接工藝參數(shù)，包括：焊接方法，焊接材料的選擇、焊接接頭的尺寸及熱處理方法等。主要用到的試驗方法為拉伸試驗、刻槽試驗、宏微觀金相試驗和硬度測試。焊接工藝確定后，應(yīng)用有限元軟件ANSYS對這種方式下的帶壓管道改線焊接過程進行模擬。焊接過程包含了熱學(xué)和力學(xué)兩種問題

3、，所以選擇有限元數(shù)值模擬方法的熱應(yīng)力耦合法對改線問題進行模擬。同時，又由于焊接過程是一個不均勻的瞬態(tài)非線性熱輸入問題，為了得到精確模擬結(jié)果，本文選擇了間接耦合方法分別對3MPa，4MPa和5MPa管道內(nèi)壓情況下的模型進行熱學(xué)數(shù)值計算，對3MPa和4MPa內(nèi)壓下的模型進行了力學(xué)數(shù)值計算，其中對焊接過程應(yīng)用了“生死單元”這個功能。在熱學(xué)與力學(xué)耦合部分，為了協(xié)調(diào)二者網(wǎng)格疏密程度不一致問題，本文應(yīng)用了ANSYS的BFINT功能對體載荷進行插值運

4、算。最終發(fā)現(xiàn)三種內(nèi)壓下進行的帶壓改線焊接，對于所采用的手工電弧焊接工藝，燃?xì)夤艿纼?nèi)壁的最高溫度為755℃，低于Battelle的982℃，即施工過程中不會發(fā)生燒穿現(xiàn)象。同時，由于管道的對流系數(shù)會隨著管道壓力的升高而升高，因此燃?xì)夤艿赖膬?nèi)壁溫度隨之降低。通過分別對3MPa管道內(nèi)壓進行模擬發(fā)現(xiàn)，焊接過程中的最大等效應(yīng)力為327MPa，小于母材的屈服強度360MPa。改線焊接結(jié)束后，管道恢復(fù)供壓時的4MPa時，管道的最大等效應(yīng)力提高到337M