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基于ANSYS的高频焊管参数化模拟及其应用优点研究

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随着高频焊管在石油天然气工业中得到越来越广泛的应用,如何提高高频焊管的质量以及高频焊管在实际应用中的应用优点已经成为了研究热点。

本文根据ANSYS有限元分析软件,主要做了以下三方面的工作:

(1)为提高直缝焊管的质量,重点研究了在高频感应加热中高频焊接主要控制参数焊接速度V,焊接电流I和焊管厚度H对焊缝温度场的影响。依据高频焊接过程中的热源方程,利用ANSYS有限元热分析模块,建立适当的线热源模型,编写APDL程序。通过对焊接速度,焊接电流与焊管厚度参数的调节,得到在不同参数条件下的焊缝温度场分布规律。对金洲集团Ф219mm高频焊接机组在其中一组参数情况下的焊缝温度场进行了测温,结果发现模拟温度场与实际温度场是基本一致的。

(2)在高频焊管生产过程中,消除因高频焊接造成的焊管残余应力是一项重要的工序,预先得出焊管残余应力场。对于消除焊管残余应力具有指导意义。以金洲集团Ф219mm管子为例,利用ANSYS参数化语言APDL,建立高频焊管的有限元模型,采用高频焊接线热源模型进行计算,同时考虑高频焊管有限元模型的热边界条件及物理结构约束,从而获得了高频焊管在焊接过程中三维应力场及位移场。通过对有限元模拟结果的分析,可以从理论上得出焊管在进行消除残余应力工序前的应力和位移分布。

(3)化工原料的输送是进行化工生产的关键环节,这些原料通常采用焊管运输。而评价焊管质量好坏的一个重要指标是焊管内外壁所能承受的温度差。仍然以金洲集团Ф219mm管子为例,利用ANSYS有限元分析软件,编写APDL程序,对母材为Q235A,焊丝为HS316的V形坡口焊缝焊管与母材同样为Q235A的高频焊管所能承受的内外壁温度差及管道壁均匀温度值进行比较,发现高频焊管内外壁面所能承受的最大温度差以及所能承受的管道壁均匀温度值皆大于V形坡口焊缝焊管。通过对以上三个方面进行研究,可以更好地为提高高频焊管的质量方面提供理论依据,同时,也对实际选择焊管方面提供了参考。

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