大口徑直縫鋼管一直廣泛的應用于石油、化工和市政建設等**經(jīng)濟的重要部門,尤其近年來**啟動的西氣東輸工程將我國制管業(yè)又推向了一個新的發(fā)展高潮。在管線成型和焊接的過程中,不可避免的會產(chǎn)生成型殘余應力和焊接殘余應力及變形。這些殘余應力與變形必然會對管線的強度和使用性能產(chǎn)生不良影響,因此在焊接后還要進行管線的二次成型-擴徑,以降低或消除焊管殘余應力并進行整形。擴徑技術是管線成形的一項關鍵技術。

河北蒂瑞克管道主要研究擴徑技術對消除焊管成型的和焊接的殘余應力的作用和效果。以彈塑性大變形理論和熱-彈塑性理論為基礎,利用有限元分析軟件ANSYS非線性分析程序,對X70大口徑直縫焊管的成型、焊接和擴徑三個過程進行模擬,主要成果有以下兩個方面。

其一,建立了直縫焊管的成型、焊接和擴徑三個過程的三維有限元模型。分別以彈塑性大變形理論、接觸摩擦理論和熱-彈塑性理論以及回彈理論為基礎,**對成型、焊接和擴徑三個過程進行全程模擬,得到了直縫焊管成型應力場和焊接應力場分布。并在此基礎上擴徑,得出擴徑后直縫焊管的殘余應力場分布。

其二,對帶有成型和焊接殘余應力的大口徑直縫鋼管有限元模型進行了擴徑率分別為0.8%、1.0%、1.2%和1.4%的水壓擴徑工藝模擬,得到了不同擴徑率下,X70直縫焊管擴徑后的周向和軸向殘余應力分布情況。對比分析了不同擴徑率的擴徑前后殘余應力的變化以及四種擴徑率對于消除殘余應力的效果。

研究結果表明:擴徑具有消除因成型和焊接所產(chǎn)生的殘余應力的作用。經(jīng)合理擴徑后,焊縫處的殘余應力峰值明顯降低,管壁上的殘余應力值也明顯減小。在所研究(0.8%～1.4%)的擴徑范圍內(nèi),擴徑率越大消應效果越好。對于所研究的大口徑直縫鋼管,從兼顧消應效果和保有材料塑性的角度考慮,選用1.2%的擴徑率*為適宜。