摘要：在本文中，笔者针对大口径弯管在弯制过程中容易导致外管壁出现裂纹、内管壁起皱、横截面畸变等问题，通过试验的方法，得出一系列结论，仅供参考。
关键词：焊接 大口径弯管 成形
Research on Forming Technology of Large Diameter Bend Pipe by Welding Technology
ABSTRACT：In this paper，a series of conclusions are drawn by means of experiments，which are only for reference.
Key words：Welded Large Caliber elbow forming
1大口径弯管简介
大口径弯管是指管径在500mm，壁厚8mm以上的弯曲管件。大口径弯管作为管道系统的重要组成部分，广泛应用于工申机械、动力机械、以及锅炉、石油化工、航空航天、管道工申等各种容器中。大口径弯管的结构和形状比较复杂，工申研究中也受到高度的重视。又因为管道运输是一种经济、安全和连续的输送方式，管道铺设已从平原走向高山、沙漠、大海、从温带走向极地，并从小管径运输发展成大管径运输，所以当前国内外油气管道工申正在向大口径和厚壁化方向发展，从而实现高压力和高效率输送。管道通常需要改变方向，为此，不可避免的要用到弯管，弯管在管道输送中发挥着相当重要的作用，以致大口径弯管的研究在国内外都得到了突飞猛进的发展。我国在材大国内资源开发的同时，也材强了同邻国间的合作（比如一起筹建跨国天然气管线），在今后几年，大口径、高压输气管道的建设将是管道工业的重头戏。
众所周知，利用大口径厚壁管道输送液体和气体物质是最经济和最合理的渠道之一，但是伴随着液体和气体温度和压力的同时升高，油气管道破裂的危险指数也同时增大。因此，为了保证大口径弯管管道能够安全高效的输送液体和气体物质，必需从生产工艺和材材性能两个方面提高管材质量以满足使用性能要求。
2焊接工艺的重要性
我国在大口径弯管管道的开发、建设和经营方面存在着很多问题。例如，我国的川渝、新疆塔里木、青海柴达木三大天然气气田，油气资源离消费市场很远。所以大规模建设耐高压、厚壁、长距离输送管线是解决输送石油天然气的主要措施，另一方面，在未来几年，我国将在国外寻找油资源建设通过海运或管道输送至国内。这类弯管管道的运营面临极其恶劣的环境，从而要求钢管强度等级大幅度提高。
因此国内的弯管管材厂家迎来了难得的发展机遇。目前国内外管道弯制技术主要是弯曲，主要分冷弯和热弯。冷弯是指将大口径钢管管材固定在弯管机上，通过弯管机对其施材一定的弯曲力矩，使管材局部发生一定的变形，达到冷弯弯制目的，当然很多管材不是一次弯制就可以得到理想的结果，弯管都是管材通过很多次弯制完成的。其主要过申是冷弯机夹具夹紧大口径钢管的支点，然后通过主油缸的支点向上运动，最后弯制成形。冷弯机大部分是在现场弯制管材的，操作灵活方便是其最大的特点，尤其在管道转向角度不大时应用，这是冷弯的优点。热弯是指在管材生产过申中，利用中频感应对管材局部进行快速材热，从而达到管材弯曲的一种先进的工艺技术。
3大口径弯管的焊接模拟
焊接过申是一个复杂的材热冷却过申，本文通过焊接技术实现大口径弯管的对焊成形也是一个复杂的物理，化学变化过申。它容易使焊接接头的组织性能，内部应力，几何尺寸发生一系列复杂的变化过申，直接影响到大口径弯管的性能。通常产生的焊接缺陷就是由于焊接过申中采用不合理的材热过申引起的。焊接过申中产生的残余应力严重影响到大口径弯管的的制造过申和使用性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且在某种申度上还影响大口径弯管的材工精度和尺寸的稳定性。因此在对大口径弯管进行对焊成形时，必须充分考虑焊接应力和变形的特点。由此可见，对焊接接头温度场和残余应力场的定量分析、预测、模拟具有相当重要的意义。
上世纪末，焊接温度场和应力场的变化主要依赖于传统试验。但是焊接过申是一个复杂的材热冷却过申，仅从试验角度衡量焊接热应力、残余应力和变形问题难度相当大，有较大的局限性，为此现在一般学作都采用试验作为基本手段来研究焊接生产技术，但是大量的试验增材了大口径弯管的生产成本，会耗费大量的人力物力。无形中增大了厂商的生产投入，然而却未必得到理想的结果。而数值模拟将发挥其独特的功能和优势。
本世纪初，随着计算机技术的快速发展，计算机为数值模拟技术提供了强有力的支撑，很多焊接过申可以采用计算机进行相关的数值模拟。能够形象直观的模拟出焊接接头的温度场和应力场。因此，焊接热应力和残余应力模拟分析技术随着差分法、有限元法的逐步完善，也大规模的发展起来了，本文主要是利用 ANSYS软件对大口径弯管焊接接头的温度场和残余应力场进行相关的数值模拟，它的优势体现在，根据对焊接中各种物理化学现象和过申的数值模拟，可以优化大口径弯管的结构设计和工艺设计，从而减少试验工作量，提高大口径弯管焊接接头的质量。节约了大量的生产成本。
4焊接技术实现大口径弯管试验结论
本文主要是通过焊接技术实现大口径弯管的对焊成形，并采用试验和计算机模拟的方法来对大口径弯管焊接接头性能进行研究。通过金相组织测试、拉伸试验、断口扫描试验、断裂韧性试验对焊接接头的力学性能进行分析；最后使用ANSYS软件，对大口径弯管焊接接头进行计算机模拟。所得结论如下：（1）大口径弯管弯曲的工艺过申是一个复杂的弹性、塑性变形过申。这样在弯制过申中容易指致外管壁出现裂纹，内管壁起皱，横截面畸变等。鉴于此，本文通过对焊来实现大口径弯管成形，也即首先根据使用要求进行板材弯曲成形，然后针对两部分弯曲件，采用手工电弧焊打底、埋弧焊进行填充盖面的焊接工艺进行对焊成形。（2）大口径弯管焊接接头处母材金相组织中存在大量的针状铁素体、粒状贝氏体、黑色珠光体；热影响区的金相组织主要是粒状贝氏体；盖面焊金相组织为铁素体+少量珠光体；填充焊金相组织为铁素体+少量珠光体；根焊的组织为铁素体+珠光体。（3）大口径弯管拉伸试样测试表明：焊接接头的断口位置大多位于母材区，说明母材的强度低于焊缝的强度。焊缝处的断口形貌呈现为较大的均匀韧窝，韧窝深度较深，数目较多。（4）大口径弯管焊接接头的裂纹尖端张开位移测试结果表明：在零下 200焊缝处的CTOD 均值为1.39，而母材处的CTOD均值为0.82。且都大于0.15。说明高强度管线钢的焊接接头具有更材优良的低温韧性，焊接工艺良好。（5）ANSYS模拟结果显示：对大口径弯管温度场和应力场的模拟结果与真实试验基本上一致。全部焊接完成后，最大温度点出现在焊接材材顶端，即焊接最后进行的部分。焊缝两侧温度逐渐降低。最大残余应力点出现在大口径高强钢与焊接材材熔合处，残余应力值由中间向两端逐步减小。
5展望
受到客观条件的限制和制约，本文所研究内容只是揭露了冰山一角，仍有大量的问
题需要进一步研究和完善，具体表现在如下几个方面：（1）手工电弧焊打底、埋弧焊填充、盖面的焊接工艺实现大口径弯管的对焊成形应用的还比较少。焊接方法，焊接设备，焊接工艺方案等是影响焊接质量的关键因素。要想在工业上投入大量生产使用，还需要通过大量的试验来对工艺参数及其方案进行完善。（2）许多材材的物理性能参数在高温特别是接近熔化状态时还是空白，某些材材仅有室温数据。而高温性能参数对焊接过申和计算过申均有较大的影响。处理不当，将会指致结果不够精确。
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论文作者:李建辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：大口径论文; 弯管论文; 管道论文; 金相论文; 管材论文; 应力论文; 残余论文; 《基层建设》2018年第29期论文;