大口徑直縫鋼管一直廣泛的應(yīng)用于石油、化工和市政建設(shè)等**經(jīng)濟(jì)的重要部門,尤其近年來**啟動的西氣東輸工程將我國制管業(yè)又推向了一個新的發(fā)展高潮。在管線成型和焊接的過程中,不可避免的會產(chǎn)生成型殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力及變形。這些殘余應(yīng)力與變形必然會對管線的強(qiáng)度和使用性能產(chǎn)生不良影響,因此在焊接后還要進(jìn)行管線的二次成型-擴(kuò)徑,以降低或消除焊管殘余應(yīng)力并進(jìn)行整形。擴(kuò)徑技術(shù)是管線成形的一項關(guān)鍵技術(shù)。

河北蒂瑞克管道主要研究擴(kuò)徑技術(shù)對消除焊管成型的和焊接的殘余應(yīng)力的作用和效果。以彈塑性大變形理論和熱-彈塑性理論為基礎(chǔ),利用有限元分析軟件ANSYS非線性分析程序,對X70大口徑直縫焊管的成型、焊接和擴(kuò)徑三個過程進(jìn)行模擬,主要成果有以下兩個方面。

其一,建立了直縫焊管的成型、焊接和擴(kuò)徑三個過程的三維有限元模型。分別以彈塑性大變形理論、接觸摩擦理論和熱-彈塑性理論以及回彈理論為基礎(chǔ),**對成型、焊接和擴(kuò)徑三個過程進(jìn)行全程模擬,得到了直縫焊管成型應(yīng)力場和焊接應(yīng)力場分布。并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)徑,得出擴(kuò)徑后直縫焊管的殘余應(yīng)力場分布。

其二,對帶有成型和焊接殘余應(yīng)力的大口徑直縫鋼管有限元模型進(jìn)行了擴(kuò)徑率分別為0.8%、1.0%、1.2%和1.4%的水壓擴(kuò)徑工藝模擬,得到了不同擴(kuò)徑率下,X70直縫焊管擴(kuò)徑后的周向和軸向殘余應(yīng)力分布情況。對比分析了不同擴(kuò)徑率的擴(kuò)徑前后殘余應(yīng)力的變化以及四種擴(kuò)徑率對于消除殘余應(yīng)力的效果。

研究結(jié)果表明:擴(kuò)徑具有消除因成型和焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的作用。經(jīng)合理擴(kuò)徑后,焊縫處的殘余應(yīng)力峰值明顯降低,管壁上的殘余應(yīng)力值也明顯減小。在所研究(0.8%～1.4%)的擴(kuò)徑范圍內(nèi),擴(kuò)徑率越大消應(yīng)效果越好。對于所研究的大口徑直縫鋼管,從兼顧消應(yīng)效果和保有材料塑性的角度考慮,選用1.2%的擴(kuò)徑率*為適宜。