管道对接间断焊与连续焊的有限元分析

管道对接间断焊与连续焊的有限元分析

第2卷第1期 7 220 0 6年 12月

焊接学报TR ANS TI AC ONS OF T HE CHI NA ELDI W NG NS I I T TUTI ON

V1 7。1 o2 N .2 .D cmb r 2 0 ee e 0 6

管道对接间断焊与连续焊的有限元分析张国栋，周昌玉 (南京工业大学机械与动力工程学院，京南摘

20 0 ) 109

要：用大型有限元分析软件 A A U,工业管道间断焊与连续焊的温度场和残应 B Q S对

余应力场进行数值模拟。考虑材料的物理性能随温度的变化以及外界环境对焊接构件温度场的影响，采用热振幅曲线加载方法模拟焊接热源的移动，运用单元生死技术实现管道多道焊的模拟。将两种焊接工艺得到的温度场和残余应力场进行比较。结果表明，间断焊可以降低焊接时的温度，而采用连续焊可以获得较小的轴向残余应力，间断焊和连续焊的环向应力对管道的影响不大。另外对起焊点处的温度场和残余应力场也做了详细的分析，起焊点内壁处的轴向残余应力较大。 关键词：间断焊；连续焊；温度场；残余应力场；数值模拟中图分类号： G 0 T 44文献标识码： A文章编号： 2 3 6X(06 1—05— 5 0 5—30 20 )2 8 0

张国栋

0序

言

常温。焊接接头见图 1接管焊接参数见表 1,。间断焊每焊接 10 n l却 20s 1 l冷 n 0。连续焊与间断焊第一

管道是物料输送的一种特殊设备…,石化生在产装备中管道的安装工作量约占整个工作量的 1,/ 2因管道失效造成重大损失的例子也是屡见不鲜的。 焊接成形后，残余应力是影响这些构件安全运行的重要因素之一，采用不同的焊接工艺得到的残余应力会有所不同。目前国内外管道焊接模拟工作主要集中在管道对接 l和 T形接管H的焊接，道带压 2 管

道焊结束后要进行清渣等工作，花 20s需 0时间。

开孔间断焊的数值模拟工作在国内已开展 l,对 5但 J管道对接焊间断焊与连续焊的数值模拟等研究工作有待深入开展。 连续焊就是在焊接过程中以不间断加热的方式(丑 )管道对接焊接头

连续完成；间断焊，即采用焊接一冷却~焊

接的方法进行焊接。文中的计算模型为接管，别采用间断分焊和连续焊两种焊接工艺。运用大型有限元软件

A A Ul, B Q S6建立三维实体模型，用单元生死技术 J运对管道对接多道焊实现焊接温度场的模拟，过热通~

力耦合功能实现残余应力场的模拟，取残余应获力的分布规律。

( b )管道焊缝

图 1管道对接焊接头和管道焊缝( mm) F . Pp uton a dw l叼 . 1 i b tji n e e t d

1.物理模型研究的对象是直径为 7 m,厚为 4n l 0m壁 l的 n管道对接焊接头，道材料为 36。焊缝开坡口，管 1L采

表 1焊接工艺参数T be 1 W edn aa tr a l lig p rmee s

用焊条电弧焊，两道焊接成形，接结束后冷却到分焊收稿日期：2o o6—0—1 4 4

管道对接间断焊与连续焊的有限元分析

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管道对接间断焊与连续焊的有限元分析

第1 2期

张国栋，:等管道对接间断焊与连续

焊的有限元分析壁轴向距焊缝近端表现为压应力，大压应力为最

23M a在距焊缝 1 7 P, 2咖以后为拉应力随着距焊缝距离的增大而逐渐减小；间断焊与连续焊内壁距焊

缝最近处的残余应力均为拉应力，断焊为间37M a连续焊为 20M a随着距焊缝距离的增大 2 P, 7 P,越

赠

拉应力逐渐转化为压应力，在距焊缝 2 l间断 3mn处焊的压应力为 15MP, 2 a连续焊的压应力为 20MP。 0 a图 6距起焊点 2 O和 2 0时外壁与内壁环向为 O￣ 8￣

残余应力。可以看出间断焊和连续焊的外壁环向残余应力曲线基本吻合。用这两种焊接工艺得到的外时间 t,|

壁环向应力均表现为拉应力，距焊缝 5 mn处拉在 l

应力最大， 12M a间断焊内壁环向残余应力明为 1 P;图 4间断焊与连续焊起焊点热循环曲线 F . Ds ot u u n o t u u e i em—y l叼 _ 4 i ni o sa dc ni o sw ln t r c c c n n dgh ec re a i l li on uv ti t d n p it ni w ae g

显大于连续焊的。在距焊缝 4m间断焊环向拉应 m力最大，到 1 5M a而后随着离焊缝的距离增大达 1 P,而逐渐减小为零；连续焊的环向残余应力在距焊缝 2 l内， 5mn以拉压应力在 4 P附近波动。 0M a

度。 3 12起焊点温度场 ..

由于管道焊接起焊点温度场的特殊性，取起故

焊点做其热循环曲线分析，由图 4可以看出，由于起焊点热输入相同，断焊和连续焊起点的热循环曲间

线的峰值温度基本相同，是焊接总时间不同。另只外由于管道焊接的起焊点又是焊接的终点，两道故

b

馏

焊焊接起点处出现了 4次峰值，与管道其它位置这的热循环曲线是不同的。

娱匠

32焊接接头残余应力场 .3 2 1管道焊接过程中的残余应力场 ..图 5为距起焊点 10和 8。间断焊与连续焊 2￣ O时距焊缝距离。 m, m

外壁与内壁的轴向残余应力。间断焊外壁轴向表现为拉应力，到距焊缝 2 l 0mn处为最大，3 a而后 20MP,拉应力

逐渐减小， 1 0mn减小为零；到 3 l处连续焊外

图 6间断焊与连续焊内外壁环向残余应力F . Ou e n n e l a n lrr sd a t s 6 t r d In r a wa l n ua e iu l r s o se f

ds o t u u n O t u u li ic ni o sa d C n n o sw d n n i e g

32 2起焊点处的残余应力场 ..

由于起焊点温度场的特殊性，力场也会有相应罨.b

应的变化。图 7图 8分别为起焊点外壁和内 …… 此处隐藏：5025字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……