焊接残余应力与变形对内高压成型管塑性变形行为的影响

摘要

拼焊管具有能够提高管材内部自由度、优化材料分配、减轻结构质量、提高成品率等优点,在内高压成型技术领域的应用越来越广泛。目前针对拼焊管内高压成型技术的研究仅局限于胀形后的壁厚分布、焊缝移动规律及拼焊管的应用,而对拼焊管中焊缝区域残余应力和变形对内高压成型行为的影响规律还没有系统的分析,而这些因素对拼焊管内高压成型过程起着至关重要的作用,有待进一步研究促进拼焊管内高压成型技术的发展。
　　本课题首先运用有限元模拟技术分析了管坯在焊接中残余应力分布规律、焊接残余塑性变形和角变形的特点,然后模拟分析了普通管和拼焊管内高压成型过程,对比分析了焊接过程对内高压成型的影响,给出了各因素的影响规律,为拼焊管内高压成型提供了理论指导。
　　通过304不锈钢平板对接试验温度场的实际测量和模拟计算的对比,给出了准确的材料与空气散热系数,保证了拼焊管焊接模拟的准确性;然后通过热模拟实验的方法获得了热影响区各区域的材料特性,采用平板对接实验和拉伸实验获得了焊缝的力学性能,为拼焊管内高压成型有限元模拟提供数据支持。
　　基于有限元Marc建立普通管内高压成型模型,分析了内高压成型过程中初步成形阶段、贴膜阶段和卸载阶段的应力应变演变行为,研究表明:在初步成形阶段,塑性变形量最大的区域在胀形区与过渡区交界处,随着胀形的进行,该区域逐渐向中心对称面处移动,塑性变形量不断变大,周向拉应力最大在胀形区,并不断增大,到初步成形阶段完成时达到最大;在贴膜阶段,周向塑性变形量基本不变,而轴向进给缓解了周向拉应力,并最终使拉应力变为压应力;卸载完成后,管胚应力基本为0。
　　模拟了拼焊管内高压成型过程,重点分析了焊接角变形、残余应力和焊接不均匀性对内高压成型的影响,结果表明:因为焊接角变形在初步成形阶段有变大的趋势,在贴膜阶段消失;由于焊趾处存在较大的焊接残余拉应力,与胀形拉应力叠加后,导致该区域周向拉伸应力最大,从而成为拼焊管内高压成型过程中的薄弱环节;起弧和收弧位置的拉应力最大优先变形,随后均匀化。

目录

焊接残余应力与变形对内高压成型管塑性变形行为的影响

THE INFLUENCE OF WELDING RESIDUAL STRESS AND DEFORMATION ON PLASTIC DEFORMATION BEHAVIOR OF TUBE HYDROFORMING

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1课题的来源及意义

1.2内高压成型工艺及应用

1.3 焊接技术在内高压成型管坯制作中应用及引发的问题

1.4 数值模拟在内高压成型中的应用

1.5 主要研究内容

第2章 焊接接头性能研究

2.1 引言

2.2实验方法

2.3 提取焊接过程中的温度场曲线

2.4 有限元模拟平板焊接过程

2.5有限元模拟温度场曲线与试验提取结果的对比

2.6 拉伸实验

2.7 本章小结

第3章 拼焊管焊接应力变形场模拟

3.1 引言

3.2 有限元模拟拼焊管焊接过程

3.3 提取有限元模拟结果

3.4 本章小结

第4章 拼焊管胀形有限元模拟

4.1 引言

4.2 管件胀形有限元模拟模型建立

4.3 普通管胀形有限元分析

4.4 拼焊管胀形有限元分析

4.5 实验验证

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢