铝合金管道环缝焊接应力应变数值模拟

在空分工程施工中,多数空分铝合金管道焊缝要求带不锈钢垫环,而在施焊过程中经常碰到垫环被焊接电弧击穿或熔化,使得不锈钢和铝合金局部熔化在一起,形成一种混合金属,一般在射线探伤中不认为这是缺陷,但实际上这种混合金属潜在的危害不亚于焊缝常见的六种缺陷,尤其对焊缝的抗拉强度、韧性和抗冲击性能的影响很大。

空分冷箱中铝合金管道的焊接及无损检测 化肥厂空分装置大小冷箱的配管材料均采用铝镁合金，主要为lf2、lf4及lf21。 对接接头的焊接质量决定了空分设备的安全运行周期。铝及其合金在焊接过程中易 产生较多的焊接缺陷，常见的有气孔、根部本焊透、内凹以及焊接热裂纹。其焊接 接头x射线无损检测的参数与普通碳钢相比也有不同。文中根据中石油宁夏石化分 公司空分装置大小冷箱改造中，铝镁合金管道对接焊缝的焊接及其x射线无损检测 中的技术问题，讨论了铝合金焊接过程中焊接缺陷的产生和防止，绘出了x射线无 损检测的技术参数。 1焊接缺陷 铝及铝镁合金的焊接气孔主要是氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢，在 熔融状态下溶解度为0．0069ml／g，而高温凝固状态下为0．00036ml／g，前后相 差近20倍。铝的导热系数很大，在相同焊接工艺条件下，其冷却速度为钢的4～7倍

本文针对惠生南京化工有限公司2006年承建的30万吨/年co、30万吨/年甲醇工程中co深冷分离冷箱配管材料铝镁合金lf2的焊接,阐述了铝镁合金lf2的焊接工艺,解决了铝合金焊接难度高的问题。保证了焊接合格率。

浅析空分冷箱内铝合金管道的焊接

1 铝及铝合金管道全位置（固定口焊接）焊接内衬垫施工工法 前言 铝及铝合金管道在低温下有优良的机械性能在化工领域有着广泛的应用； 特别是在制氧工业的深冷管道，应用比较多。但是铝及铝合金在高温时强度很 低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象。为了保证焊 透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近金属。垫板接头的操作 技能比单面焊双面成形简单，容易掌握，常用于背面无法施焊（如小直径圆筒 环缝、夹套容器环缝）的场合，缺点是当垫板和筒体的椭圆度不一致时，两者 之间装配在一起时局部会留有缝隙，因此易形流淌失去垫板的作用。 公知的另一种处理办法是采用一种是焊接垫板带；焊接垫板带也有人称为柔韧 垫板带、玻璃布垫板带等。但是焊接垫板带（柔韧垫板带、玻璃布垫板带）仅 限于焊接较厚的大直径管道、贮箱(罐)等，对于直径小于dn500mm的管道并不 适用因为安放和取出不方便。

铝合金是随着科学技术发展而衍生出来的新兴材料之一,其耐腐蚀、导热性能和强度均有突出的表现,广泛运用于工业化生产当中,能满足多种生产高度集成化、轻薄化、微型化的要求。大、中型工程管道建设也通常采用铝合金材料。由于铝合金机件目前采用焊接工艺连接而成,因而在实际操作过程当中焊接质量主宰着产品的质量。文章就铝合金管焊接技术相关内容做出探讨,旨在抛砖引玉。

建立了tig焊接温度场、应力场的有限元计算的三维瞬态模型,以ld10铝合金薄板平面内环焊缝为例,采用有限元分析软件ansys编制了apdl程序进行仿真模拟,探讨了焊接残余应力与变形的特点,结合弹性稳定性理论对环焊缝焊接产生的特殊变形规律进行了研究.结果表明,在环焊缝焊接过程中形成了与常规对接焊完全不同的焊接热循环过程,残余应力状态复杂;焊缝外侧的压应力超过了失稳变形极限,造成了铝合金薄板的失稳变形.

分析了铝合金管道焊缝射线检测主要技术特点,进行了提高照相灵敏度的工艺试验和研究,介绍了铝合金管道焊接中经常产生的缺陷影像特征及评定方法。

本文介绍空分冷箱内铝合金管道焊接特点,结合铝合金管道焊接过程中常见的缺陷特点及产生原因,简述射线影像的缺陷特征。

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本文结合制氧空分铝合金管道焊缝的结构特点,简单介绍铝合金管道焊缝的射线探伤方法,并简述铝合金管道焊接中常见的缺陷。

分析了铝合金管道焊缝射线检测板厚、曝光时间与黑度的对应关系,进行了射线照相灵敏度的工艺试验和研究,介绍了铝合金管道相同管电压不同黑度的曝光曲线图及不同管电压相同黑度的曝光曲线图。

利用ansys软件模拟厚度为4mm的7075铝合金管体试件在有预拉伸应力和无预拉伸应力作用下的焊接。结果表明:预拉伸焊接法可有效减小铝合金管体焊后的残余应力和变形。预拉伸应力抵消了部分焊接区热膨胀产生的压缩应力,从而减小了压缩塑性变形,进而减小了冷却时焊接区域的拉伸应力,相应地远离焊缝区域的压缩应力也随之减小。

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针对铝及铝合金管,特别是小口径薄壁管固定口仰焊部位易出现气孔、烧穿、塌陷及焊接热裂纹等问题,分析问题存在的原因,从焊接工艺方面入手,提出一套消除气孔及烧穿的操作手法。

为了更好地预测含碳量较高的冷弯方钢管的焊接应力-应变场,应用有限元软件abaqus及移动双椭球型焊接热源模型,对焊接过程进行了数值模拟。在数值模拟过程中,采用了考虑与不考虑材料微观组织影响的2种方法,其中微观组织的作用通过引入冷却过程中材料马氏体化引起的体积膨胀来施加。分析结果表明:考虑材料微观组织影响可以更好地预测含碳量较高的冷弯方钢管的应力-应变场,纵向残余应力在焊缝处显著降低,横向残余应力在临近焊缝处也有所降低,但在焊缝处显著升高。

本文主要阐述了在石油化工项目中,铝合金制管道焊接常用施工技术,分别就手工钨极氩弧焊双人双面焊接工艺、单面焊双面成形工艺的方法、特点、适用范围与可能产生的缺陷及其防止途径进行分析比较。在实际的施工过程中可根据管径、位置、厚度、焊缝类型选择合适的焊接工艺进行焊接,以保证优质的焊缝质量。作者结合铝合金管道焊接施工技术在30万吨煤制甲醇项目的应用经验总结而成。

基于专业焊接软件sysweld,采用goldak提出的双椭球热源模型,对1.5mm厚铝合金管点焊过程进行了有限元数值模拟。模拟中充分考虑了材料热物理性能参数的非线性,及对流、辐射等边界条件对焊接温度场的影响,并运用hsf校正工具对热源各项参数进行校核。将模拟结果与焊接接头相比较,结果表明:计算所得熔池形状与实验结果基本吻合,得到了焊接接头温度场的变化规律。

为了解决φ200～φ600mm小直径低温铝合金管道纵缝双面焊接的难题,提高小直径铝管道的焊接质量和焊接效率,分析了空分用铝制小直径管道常用材料及结构形式,选择对应的焊接材料,提出了解决方案。采用手工钨极氩弧焊方法,双人双面同时对弧立焊工艺,选择带有同步协调功能的成对逆变交直流方波氩弧焊接设备,利用专用特制工装和特制加长焊把,通过控制焊接起弧、焊接同步、填丝时机、焊接顺序、焊接规范等,不仅解决了小直径铝合金管道的双面焊接问题,而且大大减少了铝合金焊接的常见缺陷,提高了焊接质量和焊接效率。

阐述了铝及铝合金管道焊接,引入发明的一种实用新型管道焊接内衬垫弹性装置的专利产品(专利证书号:zl201020269019.3),由于采用的衬垫材料加入了氧化铝纤维毡,焊接过程中不会和母材发生反应,所以是一种可以方便地安放在管道焊接焊口内侧,并在管道焊口焊接完成后方便取出的衬垫装置。

对焊缝间距40mm和30mm的轨道车辆采用6082-t6铝合金板材进行近距离焊缝多层多道焊接试验。通过vt、rt等无损检测手段检验了焊接质量,进行弯曲、拉伸等试验分析了焊接接头的综合力学性能,并结合sysweld软件对焊接热源及应力场进行了数值模拟。结合模拟结果表明:焊缝中心距离为30mm时,焊接质量、拉伸强度和弯曲性能均能达到标准要求,抗拉强度较焊缝间距60mm的普通焊接接头下降了近10%,重叠热影响区(haz)的显微硬度比间距40mm时下降约7.02%,最大焊接应力148.499mpa发生在交汇的haz内,近距离焊缝接头的综合力学性能满足设计使用要求。