成型过程对焊管残余应力的影响

采用盲孔法对UOE、JCOE、HSAW焊管的残余应力进行了分析,重点对不同工艺条件下HSAW焊管的残余应力进行了分析。结果表明:UOE焊管厚度方向的双向(周向、轴向)平均拉应力水平较低,峰值拉应力出现在焊管的内表面;JCOE焊管的双向平均拉应力水平略高,但峰值拉应力出现在外表面;成型参数合适的HSAW螺旋焊管的平均残余应力可以达到(UOE或JCOE)直缝管的水平,但其内表面的峰值拉应力均明显高于直缝焊管的,且当螺旋焊管成型下压量过大时,将导致平均残余应力及峰值均有很大提高。     

螺旋缝埋弧焊管残余应力评价方法

基于弹性力学应力分析和叠加原理,研究了螺旋缝埋弧焊管切环法残余应力测试中的残余应力分布.建立了能综合考虑管段切口张开量、轴向错位量和径向错位量等因素的新残余应力评价方法,并与应变片法残余应力测试结果进行了对比.结果表明:应变片法测试的最大残余剪切应力平均值和局部最大剪切残余应力值均与新评价方法给出的相应值接近;管段内的宏观(平均)残余应力来自管段切开后的轴向错位和周向张开量,管段内残余应力的不均匀性来自管段切开后的径向错位.存在较大的径向错位情况下,宏观最大剪应力与局部最大剪应力的极大值之间有很大差别.就管线的工程应用而言,可以局部最大剪应力的极大值作为残余应力的控制条件.     

直缝埋弧焊管铣边加工工艺及参数推荐

根据成型工艺不同,直缝埋弧焊管可以分为UOE和JCOE两种类型,其铣边加工工艺包括复合式和分离式。本文基于切削参数理论,分别为UOE、JCOE生产线推荐了合适的铣边加工工艺和参数。     

UOE和JCOE管线管的性能和成本分析

UOE和JCOE是目前大口径直缝埋弧焊管的两种主要成型方式。本文对比了UOE和JCOE的生产工艺,比较了二者在生产能力方面(管径、壁厚和生产效率)方面的不同,分析了UOE和JCOE管线管产品在残余应力、尺寸精度、屈强比等性能方面的差异。同时分析了UOE和JCOE的投资成本和生产加工成本,对UOE和JCOE的优劣进行了比较。     

大口径厚壁埋弧直缝焊管内应力检测研究

以广州新电视塔钢结构工程用大口径厚壁埋弧直缝焊管为对象，采用一种应用广泛且精度较好的检测方法一盲孔法，对厚壁直缝焊管内外表面的残余应力进行了检测。检测结果表明，该方法可以有效地测出钢管内部残余应力的大小与分布，可为结构设计提供理论依据。     

螺旋缝埋弧焊管残余应力的测试与控制

在大量试验的基础上,综合论述了螺旋缝埋弧焊管实际生产中有关残余应力的测试与控制问题。结果表明：切口位置不同,切口张开间距不同;正常的水压试验有一定的降低残余应力的作用,但主要是引起了焊管内部残余应力的重新分布;建议在焊管补充技术条件中,应明确规定切环试验的切口位置,并应对切环试验的径向、轴向位移加以限制。     

应用X射线衍射法测定轴类工件中的残余应力

根据测试距车轴表面2mm深度处残余应力的要求,推导了剥层测残余应力的修正公式,利用生死单元法模拟了车轴车削的过程,验证了该修正公式的正确性,并采用X射线衍射法测定了距某车轴表面2mm深度处的轴向和周向残余应力。结果表明:X射线衍射法和修正公式能有效测出距车轴表面2mm深度处的残余应力;轴向残余应力最大值(绝对值)和周向残余应力最大值(绝对值)分别出现在0°测点和90°测点,其值分别为-139.15MPa和-105.21MPa,轴向残余应力和周向残余应力各点的差值均小于EN13261标准规定的40MPa。     

深海用36.5mm厚X70钢板及其大口径直缝埋弧焊管的开发

以低碳高锰铌镍钼系合金为基础进行成分优化设计,辅以两阶段控制轧制+热机械控制工艺,开发出厚36.5mm的X70钢板,测试了其显微组织和力学性能;采用该钢板试制了规格为1 016mm×36.5 mm的直缝埋弧焊管,测试了接头的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明:36.5mm厚X70钢板的显微组织主要由针状铁素体组成,其强度和低温韧性优异,屈强比不大于0.80;大口径直缝埋弧焊管接头的力学性能均符合DNV-OS-F101-2013的指标要求,管体(母材)屈强比不大于0.82,伸长率不小于60%,均匀延伸率不小于7.0%,钢管母材及焊接接头具有较好的低温韧性,同时也具有良好的抗氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂性能。     

大厚径比、高钢级钢管横向裂纹原因分析

裂纹是大厚径比、高钢级钢管生产中常见缺陷,但在输油、输气钢管服役中裂纹却是危害较大的缺陷之一。针对X80MΦ610 mm×14.3 mm螺旋缝埋弧焊管焊缝浅层出现的横向裂纹缺陷,结合螺旋缝埋弧焊生产工艺的特点,从横向裂纹产生的内因原料卷板影响、外因卷管成型影响、微观组织及化学成分影响、宏观外界因素影响出发,分析其产生的原因,并提出了几点避免横向裂纹产生的措施。     

大、中型焊管机

该项成果的推广内容为:①大、中型高频直缝连续焊接钢管机组。该机组由20余台套单机,机组构成全连续式焊管生产线,机组布置、工艺流程及工艺参数匹配合理,一机多能,可生产多品种规格产品,不仅可生产φ219mm 以下圆管和闭口异型管,还兼顾生产开口型的冷弯型钢。机组主要参数:成品圆管直径114～219mm,壁厚2.5～9mm,长度6     

CAP1400核电站接管和安全端焊接变形与残余应力研究

系统研究了CAP1400核电站接管和安全端模拟件焊接变形与残余应力分布特点。接管和安全端在焊接过程中焊接变形主要集中于焊接的初始阶段,焊接1/4厚度时,变形量为3 mm左右,焊接完成后,焊缝收缩量高达4.5 mm。盲孔法测试结果表明,在整个接管和安全端焊接接头内,环向与轴向焊接残余应力均为拉应力。焊接残余应力的最大值位于安全端镍基堆焊层与对接焊缝熔合线附近,测试结果达到500 MPa。     

大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺的辊形设计及过程仿真

现有的矫直、矫圆工艺均是分工独立完成的.为了在一个工序中同时完成矫直和矫圆工艺和解决大型直缝焊管成形后椭圆度和直线度的超标问题,提出一种新型的大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺.并以矫后管材的椭圆度、直线度和残余应力最小为设计目标,对该工艺进行过程仿真.结果表明,采用"五段式"的辊形设计并且辊轴各段的设计比例为1∶2∶4∶2∶1有更好的矫圆和矫直效果.此外,管材的椭圆度、直线度以及残余应力均与弹区比有关.当弹区比较小时,管壁截面出现失稳现象.对于同种材料,弹区比越小,管材的变形程度和矫后的残余应力越大.当弹区比分别为0.6和0.8时,均能获得良好的成形效果.矫形段辊形曲线的设计为双曲线的形式,所得到的管材直线度可以达到0.12％,椭圆度可以达到0.06％,满足大型直缝焊管的工业要求.该工艺可实现大型直缝焊管直线度和椭圆度的协同调控,从而缩短生产工艺流程,提高矫形效率.     

压路机压轮焊接变形和残余应力的有限元模拟

基于热弹塑性理论,借助有限元分析方法,建立了压路机压轮的有限元模型,模拟了压轮焊后的变形和残余应力分布;采用盲孔法测试了压轮的残余应力,并与模拟结果进行了对比。结果表明:两封口板发生焊后变形呈外凸状,最大变形量为5.732mm;压轮焊后起收弧位置和焊缝位置的残余应力大,应力峰值为416.40 MPa;随着距卷圆板自由边距离的增大,卷圆板直焊缝中心位置的残余应力先增大后减小再增大,残余应力测试值与模拟值较吻合,证明了模拟结果的准确性。     

管坯大变形自由推压缩径残余应力的研究

管坯大变形自由推压缩径时端部存在翘曲,即端部外径大于定径区外径。针对端部翘曲区进行变形分析,并基于平衡条件推导了周向残余应力与翘曲变形和剪应力的关系表达式,揭示了由内表面层到外表面层整体存在周向残余拉应力的事实。在三向液压机上进行219 mm×7.5 mm无缝钢管的双侧大变形缩径,在缩径管件上截取包含端部翘曲区和定径区的试样,在其内外表面不同区域选取测量点,并采用X射线衍射法测量残余应力,端部翘曲区测量结果与理论分析结果趋势一致。针对缩径管件变形过程,采用ABAQUS软件进行有限元模拟,缩径变形及缩径力的模拟结果与缩径试验结果吻合,内外表面层残余应力的模拟结果与X射线衍射法测量结果趋势一致。给出了自定径区至端部沿壁厚方向及沿轴向方向的残余应力分布规律。     

国产X80管线钢的应变时效行为及预防措施

针对管线钢存在的应变时效问题,对国产X80管线钢及其直缝埋弧焊管管体进行了不同时效后的拉伸试验,对其应变时效行为及预防措施进行了研究。结果表明:当时效温度达到210℃时,存在1%预应变的X80管线钢和经水压、冷扩径后的直缝埋弧焊管均出现明显的应变时效,前者屈服强度和屈强比均上升6%,后者的分别上升9.5%和6.9%,且应力-应变曲线均出现明显的屈服平台;测定拉伸性能时要尽可能降低拉伸试样的温升,降低防腐前加热温度和缩短加热时间以及降低管线钢中的碳、氮含量,采用双相显微组织并在轧制工艺中用加速冷却后立即在线热处理等方法均是降低管线钢应变时效的有效措施。     

基于ANSYS的弹性可胀心轴夹具的分析

以汽车转向器中的球形轴衬为研究对象,针对刚性心轴装夹工件加工零件时存在定位精度不高及适应性差等缺点进行分析,采用弹性可胀心轴对刚性心轴进行优化,通过计算得知轴向定位误差与径向定位误差分别为0.38 mm与0.0125 mm,满足设计要求。利用ANSYS Workbench有限元软件对弹性可胀心轴夹具进行仿真,模拟结果表明:胀簧受到的最大应力值为161.65 MPa,胀簧在使用时不会发生塑性变形。球形轴衬最大应变值为0.000 5,并且沿X轴、Y轴及Z轴方向的位移分别为0.03 mm、0.005 mm与0.005 mm,满足加工要求。     

国产X80管线钢管焊接接头的力学性能

对"西气东输"二线工程现场的X80钢直缝埋弧焊管的焊接接头,分别进行了显微组织观察、常温下的硬度测试和单轴拉伸性能测试。结果表明:在焊接接头的熔合区附近出现了焊接硬化现象,在细晶区出现了焊接软化现象;熔合区附近粒状贝氏体(GB)晶粒严重粗化,含有大尺寸的硬脆组织马氏体/奥氏体(M/A)岛,同时熔合线两侧组织发生渗透,它是焊接接头的断裂危险区域;焊接接头采用了高强匹配,母材金属具有良好的形变强化能力,焊缝金属由于含有魏氏组织(WF),导致塑性较差,韧性不佳,屈强比为93.55%,断后伸长率为14.2%;热影响区整体上具有较高的强度和塑性,力学性能较好,抗拉强度669.30MPa,屈强比为89.45%,断后伸长率为22.8%。     

J55特殊螺纹接头油管的强度性能分析

对J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管的上扣性能和四种极限失效方式的应力分布进行分析,该结构油管接头上扣后内壁齐平,有利解决抽油杆对油管的偏磨。对规格为Φ73.02×5.51 mm的J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管进行理论建模,上扣分析、四种极限载荷失效方式(拉伸至失效、压缩至失效、内压至失效、外压至失效)的应力分布及理论极限失效载荷分析,螺纹接头在各种条件下的整体应力分布及合理性分析,密封环接触应力分析。有限元分析表明上扣后油管结构应力分布合理;密封环均保持较高的接触应力,与接头对顶的端面作为辅助密封也一直保持较高压力,特氟龙密封环的主密封和端面辅助密封共同起作用,使接头表现出良好的密封能力;四种极限载荷的失效载荷(分别为408.9 k N、584.1 k N、84.0 MPa、87.0 MPa)均高于API标准中该规格圆螺纹的强度要求,螺纹接头应力分布合理。上扣时该规格螺纹接头的螺纹中径过盈量可以适当减少,以提高抗粘扣性能;在四种极限载荷失效方式下,高强度无台肩特殊螺纹接头油管性能较好,均满足API标准中该规格圆螺纹的强度要求;密封环具有良好的主密封和辅助密封效果。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

间隙配合变轨距轮对与轨道间瞬态滚滑接触模拟研究

变轨距技术是实现不同轨距铁路联运的重要手段,我国相关研究仍在起步阶段。基于显式有限元法,建立包含渐开线花键副的三维变轨距轮对-轨道耦合瞬态分析模型,于时域内模拟速度高至400 km/h下的瞬态轮轨滚滑和花键间动态接触行为及其相互影响。模型充分考虑轮轨和花键副三维几何、系统高频结构振动等,引入时变牵引/制动转矩,采用集成库仑摩擦定律的"面-面"接触算法求解轮轨接触和花键接触。假设圆柱直齿渐开线花键,齿数取32,齿侧间隙恒0.1 mm,无激励下模拟结果表明,花键副的存在使得轮轨力波动范围大于传统轮对,例如,400 km/h下法向轮轨力波动幅值增加静载的3.7%。时速400 km/h和牵引系数0.05下,内外花键的径向和角向偏置使得花键左、右两侧各存在1个位置相对固定的承载区,各涉及5~6个键齿,承载面分别为II和I键齿工作面。瞬态法、切向接触应力极值发生在靠近一系悬挂侧的齿根或齿顶部,典型值分别为102 MPa和4.6 MPa,任一键齿的应力极值因不断有键齿进出承载区而波动上升和下降。牵引系数0.3时,左侧承载区消失,右侧承载区扩至18个键齿,相同时刻下的法、切向接触应力极值因承载齿数和总接触面积增加变为89 MPa和5.2 MPa。为变轨距机构中花键的强度和动力学分析及相关设计提供精确模拟手段。