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(shí)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(guó)帶壓管道改線技術(shù)只是基于過(guò)去積累的經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)整個(gè)改造工程科學(xué)

2、、量化的數(shù)據(jù)支持。因此，本課題將對(duì)天津市某帶壓燃?xì)夤艿栏木€工程進(jìn)行系統(tǒng)的研究與校驗(yàn)，主要考察焊接過(guò)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(duì)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(yàn)方法為拉伸試驗(yàn)、刻槽試驗(yàn)、宏微觀金相試驗(yàn)和硬度測(cè)試。焊接工藝確定后，應(yīng)用有限元軟件ANSYS對(duì)這種方式下的帶壓管道改線焊接過(guò)程進(jìn)行模擬。焊接過(guò)程包含了熱學(xué)和力學(xué)兩種問(wèn)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(duì)改線問(wèn)題進(jìn)行模擬。同時(shí)，又由于焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的瞬態(tài)非線性熱輸入問(wèn)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(duì)3MPa，4MPa和5MPa管道內(nèi)壓情況下的模型進(jìn)行熱學(xué)數(shù)值計(jì)算，對(duì)3MPa和4MPa內(nèi)壓下的模型進(jìn)行了力學(xué)數(shù)值計(jì)算，其中對(duì)焊接過(guò)程應(yīng)用了“生死單元”這個(gè)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(wèn)題，本文應(yīng)用了ANSYS的BFINT功能對(duì)體載荷進(jìn)行插值運(yùn)

4、算。最終發(fā)現(xiàn)三種內(nèi)壓下進(jìn)行的帶壓改線焊接，對(duì)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(guò)程中不會(huì)發(fā)生燒穿現(xiàn)象。同時(shí)，由于管道的對(duì)流系數(shù)會(huì)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(guò)分別對(duì)3MPa管道內(nèi)壓進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，焊接過(guò)程中的最大等效應(yīng)力為327MPa，小于母材的屈服強(qiáng)度360MPa。改線焊接結(jié)束后，管道恢復(fù)供壓時(shí)的4MPa時(shí)，管道的最大等效應(yīng)力提高到337M