0 前 言

在螺旋焊管的成型彎曲過(guò)程中， 帶鋼既發(fā)生了塑性變形， 又發(fā)生了彈性變形， 其中塑性形變殘留在管體上， 產(chǎn)生殘余應(yīng)力

。 因此， 在設(shè)計(jì)管道輸送壓力時(shí)， 考慮安全系數(shù)、 環(huán)境等因素的影響， 也應(yīng)考慮管體內(nèi)的殘余應(yīng)力。 為了確保管線運(yùn)行安全可靠， 在西氣東輸管線建設(shè)初始， 就已經(jīng)對(duì)螺旋焊管的殘余應(yīng)力進(jìn)行明確的量化限定， 隨著市場(chǎng)對(duì)焊管性能要求的不斷提高， 降低和控制高鋼級(jí)厚壁螺旋埋弧焊管的殘余應(yīng)力也成為制管企業(yè)一個(gè)重要的研究方向

。

焊管制造過(guò)程中， 鋼板經(jīng)過(guò)成型、 焊接以及一系列輔助工序， 其內(nèi)部殘留的應(yīng)力難以全部釋放， 所以各種類型焊管不可避免地存在殘余應(yīng)力， 其中以螺旋焊管最為顯著。 影響螺旋焊管性能的最主要因素是成型過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

。在焊管服役過(guò)程中， 殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力共同作用， 對(duì)焊管的承壓、 疲勞、 斷裂、 抗應(yīng)力腐蝕等性能產(chǎn)生影響； 此外， 在高鋼級(jí)厚壁螺旋焊管生產(chǎn)過(guò)程中， 如果成型控制不好極易產(chǎn)生內(nèi)焊裂紋， 尤其是內(nèi)焊微裂紋， 這主要是由于殘余應(yīng)力作用所導(dǎo)致。 因此， 對(duì)高鋼級(jí)厚壁螺旋埋弧焊管的殘余應(yīng)力進(jìn)行研究和控制是非常必要的。

劉志毅

采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合的方法， 以X80 鋼為研究對(duì)象， 利用SYSWELD有限元軟件計(jì)算了多層多道焊的焊接工藝下接頭的應(yīng)力分布和變化過(guò)程， 結(jié)果表明， 焊縫中心及距離焊縫較近的熱影響區(qū)殘余應(yīng)力較大， 離焊縫中心越遠(yuǎn)殘余應(yīng)力越小。 遲艷芬等

分別以半橢球體電弧熱源模型和均勻柱體分布的熔滴熱源模型為熱源模型， 建立了不等厚X70 管線鋼板多層多道焊有限元計(jì)算模型， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 經(jīng)過(guò)多次焊接熱循環(huán)后， 最先形成的焊縫應(yīng)力狀態(tài)與母材中焊接熱影響區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)接近。 劉陽(yáng)等

基于有限元軟件MSC.Marc 建立三維有限元模型， 對(duì)中俄東線X80 管道接頭焊接過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 焊接過(guò)程和接頭高拘束度等條件導(dǎo)致接頭焊縫外表面附近區(qū)域存在較大環(huán)向拉應(yīng)力及軸向壓應(yīng)力。 采用ANSYS 有限元分析軟件通過(guò)熱-力耦合的分析方法， 王引真等

獲得了L485管線鋼焊接接頭的應(yīng)力場(chǎng)分布。 郭楊柳等

以有限元軟件Abaqus 為基礎(chǔ)， 采用熱-應(yīng)力順序耦合的計(jì)算程序， 建立多分析步生死單元對(duì)X80 管線鋼焊接殘余應(yīng)力及焊后熱處理進(jìn)行模擬， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力， 管道的環(huán)向殘余應(yīng)力大于軸向殘余應(yīng)力， 外表面的等效殘余應(yīng)力大于內(nèi)表面的等效殘余應(yīng)力。 回彩娟等

運(yùn)用Abaqus 軟件分析了Q345R 平板在對(duì)焊過(guò)程中的焊接溫度場(chǎng)特性和熱循環(huán)曲線， 并計(jì)算焊接過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)， 結(jié)果表明， 最大縱向或橫向殘余應(yīng)力均出現(xiàn)在焊縫及周圍區(qū)域， 焊縫兩側(cè)母材區(qū)的應(yīng)力分布趨于對(duì)稱。

綜上所述，給予慢性支氣管炎患者阿奇霉素聯(lián)合左氧氟沙星治療方案，可明顯提高治療效果，使得臨床癥狀得到緩解，值得在深入研討的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

目前已有文獻(xiàn)主要是針對(duì)常規(guī)焊縫或者環(huán)焊縫的數(shù)值模擬， 而關(guān)于螺旋焊縫的數(shù)值分析報(bào)道較少。 為了進(jìn)一步研究焊接過(guò)程中螺旋焊縫的溫度變化， 計(jì)算殘余應(yīng)力及形變情況， 現(xiàn)采用有限元分析的方法對(duì)螺旋焊管的焊接過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)熱源子程序進(jìn)行編程， 分析內(nèi)外螺旋焊縫的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布以及形變情況。

1 焊接模型

1.1 管道有限元模型

內(nèi)、 外圈焊接完成后管道外側(cè)的應(yīng)力場(chǎng)分布如圖7 所示， 對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 內(nèi)圈焊接完成后再進(jìn)行外圈焊接， 管道表面的應(yīng)力狀態(tài)無(wú)明顯變化。 這說(shuō)明外側(cè)焊縫所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)不僅沒有增大管道的應(yīng)力峰值， 反而使管道的應(yīng)力分布變得更均勻。 在管道兩端圓環(huán)位置存在較大應(yīng)力， 這是因?yàn)樵谠O(shè)定初始邊界條件時(shí)， 約束該處不發(fā)生剛性位移， 進(jìn)而在圓環(huán)位置處產(chǎn)生了應(yīng)力集中。

1.2 熱源模型

設(shè)置初始溫度為25 ℃， 管道與空氣接觸面的對(duì)流系數(shù)設(shè)置為30 W/（m

·℃）。 定義邊界條件的目的主要是約束焊接構(gòu)件的自由度， 即約束管體兩端， 使之不發(fā)生位移， 同時(shí)保證管體其他位置在焊接過(guò)程中可以釋放應(yīng)力并發(fā)生塑性變形。 經(jīng)分析并結(jié)合實(shí)際， 本研究在有限元計(jì)算中加載的邊界條件為限制管道兩端圓環(huán)的自由度。

1.3 邊界條件

可將焊接過(guò)程看作一定熱源按一定規(guī)則對(duì)試件加熱的過(guò)程。 為提高溫度場(chǎng)計(jì)算的準(zhǔn)確性， 必須首先建立精確的熱傳遞數(shù)學(xué)模型。 雙橢球熱源模型在模擬手工電弧焊、 熔化極氣體保護(hù)焊等焊接工藝時(shí)有較高的準(zhǔn)確性

， 故采用該模型作為熱源模型， 如圖2 所示 （圖2 中a、 b、 c

、 c

分別為熱源模型的長(zhǎng)、 寬、 前半軸和后半軸長(zhǎng)度）。 根據(jù)焊接試驗(yàn)中觀察記錄的電弧狀態(tài)設(shè)定熱源模型尺寸參數(shù)， 焊接電流、 焊接電壓、 焊接速度、 焊接路徑等均參照實(shí)際工況進(jìn)行設(shè)置。 熱源模型參數(shù)的長(zhǎng)、 寬、 前半軸和后半軸長(zhǎng)度分別設(shè)置為6 mm、 7 mm、 10 mm 和10 mm。 本研究采用的X80 管線鋼的熱物理參數(shù)和力學(xué)性能參數(shù)分別見表1 和表2

。

焊接完內(nèi)、 外圈后管道內(nèi)壁應(yīng)力場(chǎng)分布如圖6 所示， 通過(guò)對(duì)比可以看出， 內(nèi)圈焊接完成后， 管道內(nèi)側(cè)的應(yīng)力值較高， 在收弧位置處應(yīng)力值最大， 約為840 MPa； 而遠(yuǎn)離熱源區(qū)域， 應(yīng)力值較低， 約為510 MPa。 內(nèi)、 外圈均焊接完畢時(shí)， 管道內(nèi)側(cè)的應(yīng)力峰值約為620 MPa， 低于僅焊接內(nèi)圈時(shí)管道內(nèi)壁的應(yīng)力值。 同時(shí)可以看出，圖6 （b） 中內(nèi)壁的應(yīng)力值普遍低于圖6 （a） 中的應(yīng)力， 而應(yīng)力分布范圍大于圖6 （a） 中的應(yīng)力分布范圍。 這是由于在焊接過(guò)程中， 在外側(cè)焊縫處所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)與內(nèi)側(cè)焊縫處所產(chǎn)生的應(yīng)力部分抵消， 同時(shí)外側(cè)焊縫的熱源發(fā)生移動(dòng)， 從而釋放內(nèi)側(cè)焊縫的部分應(yīng)力， 降低整個(gè)管道的應(yīng)力峰值， 使殘余應(yīng)力分布更加均勻。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 管道溫度場(chǎng)分布

圖4 所示為管道內(nèi)、 外圈焊接后溫度場(chǎng)的分布， 對(duì)比可以看出， 焊接完內(nèi)圈的瞬間， 最高溫度約1 200 ℃； 而在焊接完外圈的瞬間， 最高溫度為1 300 ℃左右。 通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)， 由于管道直徑和長(zhǎng)度較大， 因此焊接開始瞬間和焊接結(jié)束瞬間的溫度差異較大。 但是由于板材厚度較小， 所以在焊接過(guò)程中， 管道內(nèi)壁和外壁的溫度場(chǎng)較小。

內(nèi)、 外圈焊接過(guò)程中焊縫橫截面溫度場(chǎng)分布如圖3 所示， 由圖3 可見， 兩次焊接的熱源中心在厚度方向是不同的， 熱源中心溫度可達(dá)1 650 ℃。在焊接內(nèi)圈時(shí)， 距離熱源中心越遠(yuǎn)， 溫度越低，且溫度場(chǎng)對(duì)稱分布。 而在焊接外圈時(shí)， 溫度場(chǎng)不再對(duì)稱分布， 這是由于上一道焊縫的熱作用所致。

2.2 管道應(yīng)力場(chǎng)分布

內(nèi)、 外圈開始焊接瞬間的橫截面應(yīng)力場(chǎng)分布如圖5 所示， 由圖5 可知， 當(dāng)焊接熱源剛作用在內(nèi)圈時(shí)， 橫截面應(yīng)力呈對(duì)稱分布， 其中熱源中心應(yīng)力值最大， 約為640 MPa， 已超過(guò)材料屈服強(qiáng)度（550 MPa）， 且距離熱源中心越遠(yuǎn)， 應(yīng)力值越小。此外， 沿管道厚度方向從內(nèi)到外可以發(fā)現(xiàn)， 厚度方向的應(yīng)力分布不均勻， 在管道內(nèi)側(cè)， 應(yīng)力范圍較寬， 而在管道外側(cè)， 應(yīng)力范圍較窄， 且管道外側(cè)的應(yīng)力峰值稍大于內(nèi)側(cè)的應(yīng)力峰值。 管道內(nèi)側(cè)焊接完成后， 當(dāng)熱源作用于管道外側(cè)時(shí)， 此時(shí)的應(yīng)力峰值可達(dá)850 MPa， 由此在局部發(fā)生較大塑性變形， 距離熱源中心越遠(yuǎn)， 應(yīng)力越小， 此時(shí)的應(yīng)力分布不對(duì)稱， 左側(cè)應(yīng)力值大于右側(cè)， 這是熱源的移動(dòng)所導(dǎo)致的。 此外， 根據(jù)圖5 可知， 應(yīng)力峰值位于焊縫內(nèi)側(cè)， 而在焊縫外側(cè)附近， 應(yīng)力稍有增大， 這是由于熱源作用在外側(cè)時(shí)， 該區(qū)域受到不均勻的加熱和冷卻而產(chǎn)生應(yīng)力， 從而增大了外側(cè)應(yīng)力。

（1） 基于管線鋼螺旋焊縫有限元模型， 通過(guò)編寫熱源子程序， 分析了焊接過(guò)程中內(nèi)圈焊縫和外圈焊縫的溫度場(chǎng)、 應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)分布。 焊接時(shí)， 熱源中心的最高溫度達(dá)1 650 ℃。 在焊接內(nèi)圈時(shí)， 溫度場(chǎng)分布對(duì)稱； 而在焊接外圈時(shí)， 溫度場(chǎng)分布不再對(duì)稱。 在焊接完內(nèi)圈的瞬間， 接頭最高溫度約1 200 ℃； 而在焊接完外圈的瞬間， 最高溫度約1 300 ℃。

3.2 構(gòu)建以理論強(qiáng)化為基礎(chǔ)、技術(shù)應(yīng)用為核心、創(chuàng)新實(shí)踐為導(dǎo)向的課程體系 緊緊圍繞應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，建立具有跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿和適應(yīng)社會(huì)需求的、學(xué)術(shù)性和實(shí)用性并重的實(shí)踐課程體系。

焊管模型為外徑1 219 mm、 壁厚18.4 mm、管長(zhǎng)1 600 mm 的管線鋼管。 螺旋焊縫有限元模型如圖1 所示， 依次焊接管道的內(nèi)圈和外圈， 內(nèi)圈與外圈的焊接熱源中心分別位于厚度的四分之一處和四分之三處。 網(wǎng)格尺寸為2 mm， 采用C3D8R 網(wǎng)格類型。

3 結(jié) 論

Study on vibration effect of adjacent buildings caused by tunnel blasting excavation

（2） 當(dāng)剛焊接內(nèi)圈時(shí)， 管道橫截面應(yīng)力呈對(duì)稱分布， 其中熱源中心應(yīng)力值最大， 約為640 MPa。而在開始焊接外圈時(shí)， 應(yīng)力峰值位于管道厚度方向內(nèi)側(cè)， 并且在靠近外側(cè)處， 應(yīng)力逐漸增大。

（3） 當(dāng)內(nèi)圈焊接完畢時(shí)， 管道內(nèi)側(cè)的應(yīng)力峰值約840 MPa。 內(nèi)、 外圈均焊接完成后， 管道內(nèi)側(cè)的應(yīng)力峰值約為620 MPa。 應(yīng)力值較大處發(fā)生明顯塑性變形。

天脊集團(tuán)已形成年產(chǎn)45萬(wàn)噸合成氨、108萬(wàn)噸硝酸、90萬(wàn)噸硝酸磷肥（硝酸磷鉀100萬(wàn)噸）、40萬(wàn)噸硝銨、25萬(wàn)噸硝基復(fù)合肥、26萬(wàn)噸苯胺、2萬(wàn)噸硝酸鉀、3萬(wàn)噸硝酸銨鈣的生產(chǎn)規(guī)模，化肥化工總產(chǎn)能達(dá)到200多萬(wàn)噸。

目前，各個(gè)高校中體育旅游專業(yè)比較少見，民族傳統(tǒng)體育旅游更為罕見，專業(yè)人才的缺乏也是民族傳統(tǒng)體育旅游業(yè)發(fā)展緩慢的一個(gè)重要因素。必須以培養(yǎng)專業(yè)人才與資源協(xié)調(diào)發(fā)展為原則，才能成就民族傳統(tǒng)體育旅游事業(yè)的進(jìn)步，我們應(yīng)盡快在高校中設(shè)立民族傳統(tǒng)體育旅游相關(guān)專業(yè)，加快人才的培養(yǎng)。同時(shí)，大力提高旅游從業(yè)人員的文化素質(zhì)和服務(wù)質(zhì)量，必須定期對(duì)旅游從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高導(dǎo)游的民族傳統(tǒng)體育旅游的專業(yè)知識(shí)，以滿足市場(chǎng)的需求。

（4） 管道內(nèi)側(cè)焊接完成后， 在焊接管道外側(cè)的過(guò)程中， 外側(cè)焊縫處應(yīng)力場(chǎng)不僅使峰值應(yīng)力降低， 還使應(yīng)力分布變得更加均勻。

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