【摘要】：目前海洋能源已成為全球可持續(xù)發(fā)展主流能源的重要組成部分,隨著陸地及近海油氣資源的日漸枯竭,深海油氣開(kāi)發(fā)正在成為世界石油工業(yè)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)和科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域,厚壁埋弧焊管作為深海油氣輸送管,其焊縫區(qū)域力學(xué)性能的好壞不僅影響焊管的服役壽命,更對(duì)海洋資源利用造成隱性的安全隱患。在焊管焊縫感應(yīng)熱處理過(guò)程中,如果對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行集中式感應(yīng)加熱,就會(huì)存在焊縫徑向溫差偏大、溫度分布可控性差和易造成焊縫區(qū)域殘余應(yīng)力集中的缺陷。本文針對(duì)以上問(wèn)題采用雙邊法對(duì)焊縫兩側(cè)進(jìn)行感應(yīng)加熱,同時(shí)向焊縫處通入輔助脈沖電流,用以改善焊縫質(zhì)量,通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析的方法,探究電流輔助焊件雙邊感應(yīng)加熱溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的演變規(guī)律。本文的主要內(nèi)容包括:通過(guò)ANSYS有限元軟件建立電-磁-熱-結(jié)構(gòu)多場(chǎng)耦合預(yù)測(cè)模型,分析焊縫集中式感應(yīng)加熱對(duì)沿壁厚方向溫差的影響,依據(jù)模擬結(jié)果,為縮小焊縫處溫差,對(duì)焊縫兩側(cè)進(jìn)行脈沖電流輔助雙邊法感應(yīng)加熱,得到焊縫處的溫度分布,并探究輔助脈沖電流與焊縫溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。研究不同工藝參數(shù)下脈沖電流輔助焊件雙邊感應(yīng)加熱的過(guò)程。主要探究感應(yīng)加熱參數(shù)(電流頻率和電流密度)、脈沖電流參數(shù)(脈沖電流強(qiáng)度、脈沖頻率和脈沖寬度)和線圈位置參數(shù)(線圈與焊件加熱間距、兩線圈加熱角度和兩線圈加熱間距)對(duì)焊縫及熱影響區(qū)溫度和輔助電流分布的影響,并以壁厚方向的溫差最小化為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定焊縫加熱質(zhì)量。分析脈沖電流輔助雙邊感應(yīng)加熱后焊縫及熱影響區(qū)殘余應(yīng)力的變化規(guī)律,探究輔助脈沖電流對(duì)應(yīng)力分布的影響,以及兩線圈加熱角度和兩線圈加熱間距對(duì)焊縫及熱影響區(qū)殘余應(yīng)力峰值分布的影響,得出焊縫及熱影響區(qū)殘余應(yīng)力峰值波動(dòng)的原因。對(duì)脈沖電流輔助雙邊感應(yīng)加熱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。分別進(jìn)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn)、金相實(shí)驗(yàn)和殘余應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn),與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證脈沖電流輔助焊件雙邊感應(yīng)加熱工藝方法的有效性。
【圖文】：

[5-7]，這對(duì)海底管線運(yùn)載體的維修是個(gè)巨大的考驗(yàn)，圖1-1為海洋工程管路鋪設(shè)作業(yè)，圖1-2為海洋用管焊接接頭維修現(xiàn)場(chǎng)。因此在生產(chǎn)深海管線時(shí)對(duì)管線鋼的材料選擇和焊接工藝提出了更加嚴(yán)格的質(zhì)量要求。目前全球深海油氣輸送管正在向大厚壁和高強(qiáng)度方向發(fā)展[8,9]，我國(guó)海底管線鋼入口壓力超過(guò) 20MPa，管線材料普遍采用 X60、X70 和 X80 鋼級(jí)，部分將采用 X100 鋼級(jí)的高強(qiáng)度鋼、甚至 X120 鋼級(jí)的超高強(qiáng)度鋼。圖 1-1 海洋工程管路鋪設(shè)作業(yè) 圖 1-2 海洋用管焊接接頭維修現(xiàn)場(chǎng)

[5-7]，這對(duì)海底管線運(yùn)載體的維修是個(gè)巨大的考驗(yàn)，圖1-1為海洋工程管路鋪設(shè)作業(yè)，圖1-2為海洋用管焊接接頭維修現(xiàn)場(chǎng)。因此在生產(chǎn)深海管線時(shí)對(duì)管線鋼的材料選擇和焊接工藝提出了更加嚴(yán)格的質(zhì)量要求。目前全球深海油氣輸送管正在向大厚壁和高強(qiáng)度方向發(fā)展[8,9]，，我國(guó)海底管線鋼入口壓力超過(guò) 20MPa，管線材料普遍采用 X60、X70 和 X80 鋼級(jí)，部分將采用 X100 鋼級(jí)的高強(qiáng)度鋼、甚至 X120 鋼級(jí)的超高強(qiáng)度鋼。圖 1-1 海洋工程管路鋪設(shè)作業(yè) 圖 1-2 海洋用管焊接接頭維修現(xiàn)場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM924.01

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本文編號(hào)：2692744