压力管道在线焊接技术的研究

论文摘要

不停输带压开孔技术是近年来迅速发展的一项管线抢修及改造技术,它是指在生产设备、工艺管线不停止传输的情况下,在线焊接一支管,并通过由专用钻床、连箱和刀具组成的开孔机与夹板阀、法兰堵塞配套,在运行管道上以机械低速切割方式密闭加工出不同尺寸的圆形孔洞。其产生的巨大经济效益和社会效益使得越来越多的行业热衷于采用该项技术。管道不停输带压开孔技术在国外应用已有三十多年的历史,而在我国的应用则相对较晚,尚未有对其基础理论进行系统研究的报道。本文综述了不停输带压开孔技术的应用和研究现状,阐述了当前及今后一段时间内的发展前景,对不停输带压开孔技术的若干关键技术如在线焊接时的烧穿问题、在线焊接后管道在内压作用下的强度性能进行了研究,主要研究内容及结论如下:设计了焊接温度场测定试验系统并成功地采用热电偶对T型接头焊条电弧焊、TIG焊以及在线焊接时的温度场进行了测定,滤波装置有效地过滤了焊接时的高频信号,获得了焊接时的温度场用于验证数值模拟结果的准确性。运用有限元法对平板和正交接管T型接头焊条电弧焊和TIG焊的温度场进行数值模拟,试验结果验证了该方法的准确性和可靠性,可以继而模拟出焊接残余应力场。焊接时采用间断焊可以有效降低焊接时焊缝区的温度,减少了管道或设备由于局部高温而引起强度降低的程度,从而降低了烧穿发生的可能性。但其热循环曲线呈锯齿状,对残余应力产生了一定的影响。建立并验证了压力管道在线焊接的数值模拟方法,对在线焊接和无内部介质流动时的焊接进行了分析比较,结果表明:在线焊接时由于内部介质的流动带走了大量焊接时产生的热量,加速了管壁的冷却,介质对内壁温度的影响较外壁大得多,介质的压力改变了焊接残余应力分布。根据在线焊接数值模拟的结果,结合现有的标准提出了判定在线焊接烧穿的方法。将材料在高温下的承载能力换算成在常温下的承载能力,将局部高温引起的强度损失转换为管壁上的金属损失,将在线焊接时的管道看成是含局部金属损失的管道,进而根据相关标准确定出管道的剩余强度因子以及极限载荷和设计载荷,判定烧穿发生的可能性。由于本判定方法需要借助于第三方软件ABAQUS

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 应用现状
• 1.3 带压开孔技术研究进展
• 1.4 目前的主要措施
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 T 型接头焊接温度场的试验研究
• 2.1 试验方法及过程
• 2.2 T 型接头焊条电弧焊的温度场
• 2.3 T 型接头 TIG 焊的温度场
• 2.4 焊接工艺基础研究
• 2.5 在线焊接的温度场
• 2.6 小结
• 第3章 T 型接头焊接温度场及残余应力的数值模拟
• 3.1 焊接温度场的解析解
• 3.2 有限元基本方程
• 3.3 T 型接头数值模拟方法的建立
• 3.4 T 型接头间断焊的数值模拟
• 3.5 小结
• 第4章 在线焊接烧穿的预测
• 4.1 在线焊接数值模拟方法的建立
• 4.2 压力管道在线焊接的数值模拟
• 4.3 烧穿的判定
• 4.4 在线焊接模拟系统
• 4.5 算例
• 4.6 小结
• 第5章 参数对在线焊接烧穿的影响
• 5.1 分析模型
• 5.2 热输入的影响
• 5.3 介质流速的影响
• 5.4 管壁厚度的影响
• 5.5 介质温度的影响
• 5.6 参数影响的正交试验研究
• 5.7 安全操作参数的确定
• 5.8 小结
• 第6章 在线焊接后管道在内压作用下的强度性能研究
• 6.1 试验研究
• 6.2 有限元分析
• 6.3 分析与比较
• 6.4 残余应力对强度性能的影响
• 6.5 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献