运行管线在役焊接烧穿机理研究

论文摘要

运行管道在役焊接修复速度快,对管道正常运行影响较小,具有巨大的经济效益和广阔的应用前景。但在役焊接时可能发生烧穿,有很大危险性。本文利用自行设计的试验装置进行了在役焊接试验,分析了管道的壁厚、管道内部压力、焊接线能量以及冷却方式等因素对于烧穿的影响。试验结果表明,冷却方式不同对于烧穿有较大影响,水冷比空冷烧穿时需要更大的线能量;壁厚越厚,烧穿需要的线能量越大;常规焊接烧穿时由外壁向内壁方向发生外凸变形,在役焊接烧穿时变形由于压力的作用,由沿内壁向外壁发生内凹变形;压力从0.5MPa到2.5MPa之间变化时,烧穿所需要的焊接线能量增大,而压力从2.5MPa到5MPa之间变化时,随着压力的增加,烧穿所需要的焊接线能量逐渐降低。利用SYSWELD非线性有限元分析软件对在役焊接过程进行分析,通过对管壁加载均匀压力实现了在役焊接三维实体模型的数值模拟。建立了不同厚度的模型,通过改变冷却方式,焊接线能量,管内的压力等条件,对在役焊接的温度场和应力场进行了分析。计算结果表明,水冷时内壁的峰值温度要高于空冷;内壁峰值温度随着壁厚增厚而降低;焊接线能量越大,内壁峰值温度越高,瞬态应力越大;管内的压力越大,内壁的瞬态应力随之增大。模拟结果在具体数值上与实测值有一定差距,在以后的研究中,需要使模拟的边界条件进一步接近实际操作,使结果精度提高。本文的研究为运行管线在役焊接修复提供理论依据,有助于推动油气管道在役修复技术的推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题的来源及选题的依据
• 1.2 在役焊接修复方法
• 1.3 在役焊接烧穿问题的影响因素
• 1.4 烧穿问题的国内外研究进展
• 1.4.1 国外的研究成果
• 1.4.2 国内的研究成果
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第二章 试验材料与设备及试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验装置设计
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 常压空冷烧穿试验
• 2.3.2 常压水冷烧穿试验
• 2.3.3 在役焊接烧穿试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 不同参数条件对于焊接烧穿的影响
• 3.1 常压空冷条件下的烧穿
• 3.1.1 试验参数
• 3.1.2 常压空冷烧穿试验结果分析
• 3.2 常压水冷条件下的烧穿
• 3.2.1 试验参数
• 3.2.2 常压水冷烧穿试验结果分析
• 3.3 在役焊接不同压力条件下的烧穿
• 3.3.1 试验参数
• 3.3.2 在役焊接烧穿试验结果分析
• 3.4 在役焊接与常规焊接烧穿的异同
• 3.5 本章小结
• 第四章 运行管线在役焊接模型的建立
• 4.1 SYSWELD软件的介绍
• 4.2 几何模型的建立
• 4.3 焊接接头换热系数的计算
• 4.3.1 在役焊接接头外表面和空气的换热
• 4.3.2 在役焊接接头内表面和液体介质间的换热
• 4.3.3 SYSWELD中边界热交换函数的修改
• 4.4 热源的校正
• 4.5 本章小结
• 第五章 运行管线在役焊接烧穿的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 常规水冷与常规空冷温度场的比较
• 5.3 在役焊接壁厚厚度对于烧穿的影响
• 5.4 在役焊接不同线能量的对比
• 5.4.1 焊接线能量对于内壁峰值温度的影响
• 5.4.2 焊接线能量对于管壁瞬态应力的影响
• 5.5 不同压力对管道内壁瞬态应力的影响
• 5.6 在役焊接数值模拟与试验结果的对比及分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢