【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,深海油氣開發(fā)正在成為世界石油工業(yè)的主要增長點和科技創(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)熱處理過程中,如果對焊縫區(qū)域進行集中式感應(yīng)加熱,就會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。本文針對以上問題采用雙邊法對焊縫兩側(cè)進行感應(yīng)加熱,同時向焊縫處通入輔助脈沖電流,用以改善焊縫質(zhì)量,通過數(shù)值模擬和實驗分析的方法,探究電流輔助焊件雙邊感應(yīng)加熱溫度場和應(yīng)力場的演變規(guī)律。本文的主要內(nèi)容包括:通過ANSYS有限元軟件建立電-磁-熱-結(jié)構(gòu)多場耦合預(yù)測模型,分析焊縫集中式感應(yīng)加熱對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,對焊縫兩側(cè)進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)力峰值波動的原因。對脈沖電流輔助雙邊感應(yīng)加熱進行實驗研究。分別進行測溫實驗、金相實驗和殘余應(yīng)力測定實驗,與模擬結(jié)果進行對比分析,驗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]，這對海底管線運載體的維修是個巨大的考驗，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。因此在生產(chǎn)深海管線時對管線鋼的材料選擇和焊接工藝提出了更加嚴格的質(zhì)量要求。目前全球深海油氣輸送管正在向大厚壁和高強度方向發(fā)展[8,9]，我國海底管線鋼入口壓力超過 20MPa，管線材料普遍采用 X60、X70 和 X80 鋼級，部分將采用 X100 鋼級的高強度鋼、甚至 X120 鋼級的超高強度鋼。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

[5-7]，這對海底管線運載體的維修是個巨大的考驗，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。因此在生產(chǎn)深海管線時對管線鋼的材料選擇和焊接工藝提出了更加嚴格的質(zhì)量要求。目前全球深海油氣輸送管正在向大厚壁和高強度方向發(fā)展[8,9]，，我國海底管線鋼入口壓力超過 20MPa，管線材料普遍采用 X60、X70 和 X80 鋼級，部分將采用 X100 鋼級的高強度鋼、甚至 X120 鋼級的超高強度鋼。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
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM924.01

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本文編號：2692744