王良军 李 强 王东坡 董绍华

利用拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

王良军1李 强1王东坡2董绍华3

1.广东大鹏液化天然气有限公司 2.天津大学材料学院 3.中国石油大学 (北京) 机械与储运工程学院

焊接残余应力是造成焊缝开裂失效的主要原因，因而精确描述应力对于管道安全输送极为重要，而外加拘束是影响焊接应力分布的众多因素之一。为此，应用ANSYS仿真软件，采用实体—壳单元耦合建模方法，建立了拘束度与焊接过程的温度场和应力场耦合仿真模型，研究了拘束对油气管道焊缝应力的影响。同时，还基于自建的1套自拘束焊接试验装置，实现了不同拘束状态下管道的焊接，并通过应变仪采集焊接过程中的应力应变数据，与模拟结果进行对比，进而证明了ANSYS 仿真耦合模型的有效性。结果表明：①对于两端约束的钢管焊接对接接头，随着管长增加，焊缝处的轴向应力减小，在距离焊缝230 mm处的轴向应力亦减小；②焊趾处的塑性应变亦减小，整体焊接结构的拘束度降低；③焊接的管道残余应力随着拘束度的上升而增大，拘束情况对焊接残余应力的影响明显；④拘束度最大的0.5 m×0.5 m管子，其焊接残余拉应力最大可达140 MPa，高残余拉应力会严重削弱管道的整体性能。进而提出建议：加强管道建设期间的焊接施工管理，避免产生管道焊接时的强拘束。

油气管道 ANSYS 拘束度 耦合模型 生死单元 焊接应变 残余应力 焊缝开裂

截至2015年底，我国油气长输管道总长度达9.6×104km。……