直缝埋弧焊管端头段机械扩径工艺研究.pdf

合肥工业大学
硕士学位论文
直缝埋弧焊管端头段机械扩径工艺研究
姓名:桂中祥
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:刘全坤
20100401
直缝埋弧焊管端头段机械扩径工艺研究摘要直缝埋弧焊管是长距离输送石油、天然气的主要管线产品,钢管由厚钢板压制成形。扩径是直缝埋弧焊管生产过程的一个重要环节,一方面对焊管进行整形,提高焊管的直线度和圆度;另一方面是为了两根焊管连接的需要。因此,研究直缝埋弧焊管的扩径技术具有重要的意义。本文以狈炻窕『腹芪Q芯慷韵螅U苟源笾本逗癖诼窕『腹芏丝诶径过程的研究,首先结合静力平衡原理和主应力法,分析和推导了钢管端口扩径力的计算公式,这为选择设备提供了一定的依据;详细分析了管端机械扩径的变形过程,总结了机械扩径成形条件;通过对整圆、扩径阶段的分析,给出了卸载回弹变形量计算公式;采用有限元软件甅月窕『腹芏丝诶┚过程分别进行了二维和三维模拟,得到了变形过程中的应力、应变以及制品壁厚及径向尺寸的分布规律。研究表明,用多个扇形模具块对焊管端口进行机械扩径时,椭圆管坯的塑现不均匀的分布状态。在管坯横截面上,与模具边缘角相接触区域以及悬空区域的管坯,在扩径过程中,壁厚减薄较大,并存在凹陷现象,且随着扩径率的增大,有被拉直的趋势。而与模具工作表面相接触的管坯,其变形则较为均匀,材料壁厚减薄较小,达到扩径整形的目的。在纵截面上,根据变形区形态,可沿轴向将变形区分为端口变形区、过渡变形区和未变形区。未变形区的存在使得端口变形区在轴向受到拉应力限制作用,端变形区的长度会小于模具扩径长度,因而在管线钢管的管端机械扩径时,必需保证最小扩径长度。本例的最小扩径长度为管材端通过机械扩径以后,内壁尺寸整体上都能达到对接要求,但由于悬空段管材的凹陷,端植壳虻哪诰痘峒跣。越邮被崾艿揭欢ㄓ跋欤生错边,因此建议采用二次扩径整形的办法来解决。关键词:直缝埋弧焊管;机械扩径;应力一应变;壁厚;外径性变形具有显著的局部特性,且主要集中于悬空段。制品的断面轮廓和壁厚呈。
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插图清单理想弹塑性材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯弹塑性硬化材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯管端机械扩径示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径受力分析简图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯单个扇形块受力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯受内压圆筒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯弹塑性状态下的厚壁圆筒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯钢管端口机械扩径平面应变模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯材料硬化曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径变形过程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径率为%时管坯横截面壁厚分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯不同扩径率下管坯横截面壁厚分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径率为%时管坯内表面切应力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径率为%时管坯内表面切应变分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯不同扩径率下管坯外半径分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯塑性变形沿管壁厚度方向扩展图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯萁孛姹湫畏植纪肌管材纵截面轴向应力分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯机械扩径示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三维模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯扩径段长倍丝谛巫础为扩径段长惫芏丝诤峤孛娴牡刃вΡ渫肌管坯等效应变图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯管坯沿轴向奈灰仆肌管材端口横截面上壁厚变化图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯管端口扩径轴向变化图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯等效屈服应力图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯管坯扩径端面内表面的应力、应变分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯芏丝诶┚逗竽诒诎刖斗植肌图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图机械扩径示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯液压扩径示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯钢管端口扩径变形示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯轴对称模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯轴向应力分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯嵯蛴Ρ浞植纪肌
表格清单我国现有大直径埋弧焊管机组⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表值幕С煞帧ρ阅堋
加肜缸呻洋学位论文作者签名:粉手淳%签字日期:矽年啤月独创性声明学位论文版权使用授权书签字期:力,年吭拢缛本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得