[发明专利]一种用于焊管隐性缺陷分析及消除的方法

说明书

本发明公开了一种用于分析及消除焊管隐性缺陷产生的数值计算方法。包括：设置焊管高频焊接及中频热处理整体模型中的几何参数为变量，对所设置变量赋值；利用Hypermesh建立焊接及热处理整体模型，进行网格优化；生成模型导入ANSYS，设置高频焊接，中频热处理边界条件、初始条件、热物理环境和电磁物理环境文件；中频热处理后电磁场及温度场；几何模型及网格导入SYSWELD，并根据管坯材料特性设置边界条件及物理环境，将ANSYS中提取到的温度场数据导入SYSWELD作为初始条件；计算焊管空冷至室温后的残余应力分布；根据残余应力计算结果调整热处理内部线圈一与内部线圈二的间距；重复上述步骤计算间距改变后的焊管残余应力分布。该方法有利于消除焊管隐性缺陷。

技术领域

本发明涉及焊接热处理领域，特别涉及一种用于焊管隐性缺陷分析及消除的方法。

背景技术

焊管高频直缝焊接时，感应线圈加载高频电流，利用集肤效应和临近效应将高频电流能量集中在焊缝边缘V形角区域，快速将板边从室温瞬间加热到焊接温度。高频电阻焊接，电磁加热能量集中，受热面虽小，热梯度却大；焊缝的局部中频热处理在高频焊接基础上进行，利用了在线生产中的焊接余热。而焊管焊缝区域的高、中频两次加热的叠加效应和温度数值匹配度与焊接质量缺陷的产生密切相关。其中，中频热处理的靶向性是导致加热盲区及加热过度区成为焊接质量缺陷高发区域的直接原因。这种焊接质量缺陷不同于常规探伤检测出来的焊接裂纹、夹渣、气孔和焊缝外观等缺陷，它包括隐藏在焊缝及热影响区内部、离散分布在不同位置的材料特性缺陷，如某些区域表现出来的韧性过低、硬度偏高，残余应力较大，以及综合机械性能稳定性差等问题，给焊管在恶劣条件下服役埋下了较大安全隐患，故称为隐性缺陷。为了准确获取焊管影响隐性缺陷产生位置，并消除隐性缺陷，成为技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于焊管隐性缺陷分析及消除的方法，用以准确获取焊管影响隐性缺陷产生位置，消除隐性缺陷，从而提高高频焊管焊接质量。

为实现上述目的，本发明所述方法采用以下技术方案：一种用于焊管隐性缺陷分析及消除的方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置焊管高频焊接及中频热处理整体模型，包括带有开口角的管坯、高频焊接阶段采用的电极和阵列式磁棒，中频热处理外部设置的主线圈、副线圈，内部设置的内部线圈一、内部线圈二；其中内部线圈一与内部线圈二间距为d，对所设置变量赋值；

利用Hypermesh建立焊接及热处理整体模型，并对模型进行网格划分，其中焊缝中心及热影响区域进行网格优化；

将Hypermesh生成的几何模型及网格导入ANSYS，并设置高频焊接及中频热处理边界条件及初始条件；设置高频电阻焊接热物理环境文件和电磁物理环境文件，并求解高频电阻焊接电磁场及温度场；设置中频热处理热物理环境文件和电磁物理环境文件，通过节点载荷移动法等效管坯移动过程，实现高频焊接及热处理的连续加热，并求解中频热处理后电磁场及温度场；提取ANSYS中热处理后焊管上各节点温度，并保存数据文件；

将Hypermesh生成几何模型及网格导入SYSWELD，并根据管坯材料特性设置边界条件、初始条件及物理环境，将ANSYS中提取到的温度场数据导入SYSWELD作为初始条件；调用物理环境文件，获取焊管空冷至室温后的残余应力分布；提取焊管截面焊缝区域的等效残余应力云图；拟合焊管焊缝区残余应力集中分布区域并提取应力最大值；

根据残余应力模拟计算结果计算热处理内部线圈一与内部线圈二的间距，并将其作为新的内部线圈间距d，重复上述步骤计算间距改变后的焊管残余应力分布，以此消除焊管焊接区域热处理后过大的残余应力，消除隐性缺陷。

进一步的技术方案在于，网格优化过程中，在距离焊缝中心10mm内的焊缝中心及热影响区域采用六面体网格划分，且焊缝及管坯待焊区域沿轴向网格尺寸相同。