[發明專利]一種高頻直縫焊管質量調控方法

有效

• 申請號: 202011583009.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112685938B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 韓毅;牛身身
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明公開了一種高頻直縫焊管質量調控方法，該方法定義切邊處理的關鍵參數，對管坯焊邊進行焊前切邊處理，通過軟件有限元仿真模擬，建立各參數與焊縫壁厚方向上溫差分布的對應關系，實現對切邊處理各個參數的調控。與現有仿真技術相比，本發明通過定義控制焊邊形狀的主要參數，探索各參數對溫差的影響，改善了感生電流的產生環境，減小焊縫壁厚方向上最高溫度和最低溫度的溫差值，進而產生更加均勻的溫度分布，提高焊縫處的焊接質量；通過有限元軟件數值模擬，建立焊邊形狀參數的調控方法，避免現實生產中試錯方法帶來的時間和資金成本，以提升高頻直縫焊管質量的同時，大大減少調控過程成本。

技術領域

本發明屬于高頻焊管生產領域，具體涉及一種高頻直縫焊管質量調控方法。

背景技術

高頻直縫焊管是一種無需焊劑填充的壓力焊接，主要是利用高頻電流的集膚效應與鄰近效應，將焊縫兩側的溫度迅速提高到可焊接溫度，通過擠壓輥壓力將待焊區熔合成一體。高頻直縫焊管相較于無縫鋼管，具有生產效率高、機械性能好、抗壓能力強等優勢，目前在油氣等運輸方面已有廣泛的應用。美國、日本等發達國家使用的油井管中焊管比例已占一半，而我國僅為十分之一，且多用在油井表層。近年來，我國油田也在逐步推廣焊管，焊管在油氣管道上使用范圍逐漸擴大，但水壓泄漏、爆裂等事故仍時有發生。而導致事故發生的直接原因是高頻直縫焊管在焊縫處存在冷焊、針孔以及夾雜等質量問題。這類問題的主要原因是熱影響區的溫度分布不均勻，改善熱影響區的溫度分布能夠提高焊管的質量，提高高頻直縫焊管的使用占比。

高頻直縫焊管主要利用高頻電流的集膚效應，導致焊縫處的感生磁場在內外兩個棱邊處磁感應強度最高，而感生磁場產生感應電流，電流生熱最終導致焊縫待焊側邊內外兩棱邊上溫度過高，并引起溫度分布溫差較大，倒是焊管在焊縫處產生較大的殘余應力，大大降低焊縫處的質量。為解決該問題，從待焊側邊形狀入手，提出一種高頻直縫焊管質量調控方法，以改善焊接環境，提高焊管質量。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供高頻直縫焊管質量調控方法，本發明通過以下技術方案實現：

具體地，一種高頻直縫焊管質量調控方法，其包括以下步驟：

S1、獲取工廠實際生產高頻焊管的工藝參數，根據工藝參數采用ANSYS進行有限元溫度場模擬，得到溫度場分布；

S2、設定各個工藝參數并確定相應數值，根據溫度分布情況，確定焊縫方向上最低溫度點，暫定該溫度點為O點的位置，并確定O點到外表面的距離k的數值，設定外邊角α和內邊角β的單倍增量Δ，取外邊角α的模擬次數i的初始值＝0、內邊角的模擬次數j的初始值＝0,,并取α₀＝0,β₀＝0；

S3、確定外邊角α和內邊角β的值，具體包括以下子步驟：

S31、首先取外邊角α為1倍增量Δ，此時i＝1,內邊角β按照Δ增量的倍數由小到大依次取值，直至內邊角β大于15°，分次進行溫度場模擬獲得焊縫COD方向上的溫度，記錄每次內邊角β取值模擬的模擬結果中，焊縫COD方向上最高溫度和最低溫度之間的溫差ΔT_1j；

S32、之后取外邊角α為2倍增量Δ，此時i＝2,內邊角β按照Δ增量的倍數由小到大依次取值，直至內邊角β大于15°，分次進行溫度場模擬獲得焊縫COD方向上的溫度，記錄每次內邊角β取值模擬的模擬結果中，焊縫COD方向上最高溫度和最低溫度之間的溫差ΔT_2j；

S33、取外邊角α為i倍增量Δ，重復上述步驟，直至外邊角α大于20°，然后根據記錄的溫差ΔT_ij，確定最小溫差為T_min并記錄此時的外邊角α_i和內邊角β_j即為外邊角α和內邊角β的值，外邊角α和內邊角β以及最小溫差T_min確定過程分別如公式(1)、公式(2)以及公式(3)所示；