本文關(guān)鍵詞：X65管線鋼管閃光對(duì)焊溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及接頭性能研究

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【摘要】：X65管線鋼管強(qiáng)度高并具有良好的抗延性斷裂能力,是輸氣管道中的高鋼級(jí)管材,作為管道運(yùn)輸?shù)闹黧w,其焊接質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)管道運(yùn)輸起著決定性的重要影響。閃光對(duì)焊技術(shù)在管道焊接方面具有顯著優(yōu)勢(shì),但隨著高強(qiáng)度管線鋼強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高,使得高強(qiáng)度管線鋼管閃光對(duì)焊接頭的質(zhì)量與安全問題日益突出,成為閃光對(duì)焊技術(shù)在高鋼級(jí)管道焊接應(yīng)用發(fā)展方面的瓶頸。管道閃光對(duì)焊工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能和質(zhì)量都有一定影響,因此,正確選擇工藝參數(shù)將是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,據(jù)此本文將展開對(duì)管道閃光焊焊接過程中不同閃光速度對(duì)接頭溫度場(chǎng)分布及接頭性能的影響進(jìn)行研究。本文首先利用圖像處理技術(shù)對(duì)X65管線鋼管閃光對(duì)焊過程中聚集在管道內(nèi)壁焊口處的熔融金屬殘?jiān)纬蛇^程進(jìn)行監(jiān)測(cè)；分析其成形過程,得到熔融金屬殘?jiān)诤附舆^程中的面積—時(shí)間曲線,為下一步溫度場(chǎng)模擬研究提供了準(zhǔn)確的邊界條件。然后使用有限元分析軟件ANSYS建立管道閃光對(duì)焊的電-熱有限元耦合模型,在不同焊接參數(shù)下對(duì)X65管線鋼管閃光對(duì)焊：激發(fā)閃光階段、穩(wěn)定閃光階段、加速閃光階段等不同階段內(nèi)焊件端部的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬。模型綜合考慮了材料相變和溫度對(duì)材料熱物性系數(shù)的影響,利用單元“生死”技術(shù)解決了閃光燒損問題,通過單元實(shí)體分層加載解決了接觸電阻問題,總結(jié)得出X65管線鋼管閃光對(duì)焊在不同焊接階段的溫度場(chǎng)分布規(guī)律。同時(shí),用紅外熱成像儀實(shí)時(shí)測(cè)量閃光對(duì)焊過程中焊件溫度,試驗(yàn)結(jié)果表明：測(cè)量溫度和計(jì)算結(jié)果基本吻合,數(shù)值模型較為準(zhǔn)確地反映了實(shí)際焊接過程。最后,對(duì)不同閃光速度下得到的焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,包括拉伸、彎曲、刻槽錘斷試驗(yàn),進(jìn)行對(duì)比分析得出第二組閃光速度下得到的接頭性能明顯優(yōu)于其他兩組,說明閃光速度對(duì)閃光對(duì)焊過程中焊件溫度場(chǎng)的形成有重要影響；閃光速度過慢或過快都很難在焊接端口形成熔融金屬層,熱源存在時(shí)間減少,造成接端口溫度相對(duì)較低,焊接端口熱變形區(qū)域變窄,使得焊接接頭的抗拉性能、彎曲性能變差,且會(huì)在接頭焊縫處形成大量的灰斑缺陷。選擇力學(xué)性能較好的第二組接頭進(jìn)行金相顯微組織分析,通過用金相顯微鏡觀察接頭的顯微組織發(fā)現(xiàn)X65管線鋼管閃光對(duì)焊焊接頭組織沿軸向線晶粒度逐漸增大,接頭的組織越靠近焊縫區(qū)晶粒越粗大,焊縫區(qū)晶粒度達(dá)到最大。究其原因是焊件內(nèi)部各點(diǎn)的熱循環(huán)曲線導(dǎo)致各區(qū)域晶粒差別,焊縫區(qū)熱輸入量最大,與熔合線距離越遠(yuǎn),焊接熱輸入量相對(duì)減少,這就是母材-熱影響區(qū)-焊縫區(qū)晶粒逐漸變粗的原因。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG457.11;TP391.41

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