鋁合金管道環(huán)縫焊接應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值模擬

在空分工程施工中,多數(shù)空分鋁合金管道焊縫要求帶不銹鋼墊環(huán),而在施焊過程中經(jīng)常碰到墊環(huán)被焊接電弧擊穿或熔化,使得不銹鋼和鋁合金局部熔化在一起,形成一種混合金屬,一般在射線探傷中不認(rèn)為這是缺陷,但實(shí)際上這種混合金屬潛在的危害不亞于焊縫常見的六種缺陷,尤其對(duì)焊縫的抗拉強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性能的影響很大。

空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測(cè) 化肥廠空分裝置大小冷箱的配管材料均采用鋁鎂合金，主要為lf2、lf4及l(fā)f21。 對(duì)接接頭的焊接質(zhì)量決定了空分設(shè)備的安全運(yùn)行周期。鋁及其合金在焊接過程中易 產(chǎn)生較多的焊接缺陷，常見的有氣孔、根部本焊透、內(nèi)凹以及焊接熱裂紋。其焊接 接頭x射線無損檢測(cè)的參數(shù)與普通碳鋼相比也有不同。文中根據(jù)中石油寧夏石化分 公司空分裝置大小冷箱改造中，鋁鎂合金管道對(duì)接焊縫的焊接及其x射線無損檢測(cè) 中的技術(shù)問題，討論了鋁合金焊接過程中焊接缺陷的產(chǎn)生和防止，繪出了x射線無 損檢測(cè)的技術(shù)參數(shù)。 1焊接缺陷 鋁及鋁鎂合金的焊接氣孔主要是氫氣孔。鋁在液態(tài)時(shí)能大量吸收和溶解氫，在 熔融狀態(tài)下溶解度為0．0069ml／g，而高溫凝固狀態(tài)下為0．00036ml／g，前后相 差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4～7倍

本文針對(duì)惠生南京化工有限公司2006年承建的30萬噸/年co、30萬噸/年甲醇工程中co深冷分離冷箱配管材料鋁鎂合金lf2的焊接,闡述了鋁鎂合金lf2的焊接工藝,解決了鋁合金焊接難度高的問題。保證了焊接合格率。

淺析空分冷箱內(nèi)鋁合金管道的焊接

1 鋁及鋁合金管道全位置（固定口焊接）焊接內(nèi)襯墊施工工法 前言 鋁及鋁合金管道在低溫下有優(yōu)良的機(jī)械性能在化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用； 特別是在制氧工業(yè)的深冷管道，應(yīng)用比較多。但是鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很 低，液態(tài)鋁的流動(dòng)性能好，在焊接時(shí)焊縫金屬容易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。為了保證焊 透而又不致塌陷，焊接時(shí)常采用墊板來托住熔池及附近金屬。墊板接頭的操作 技能比單面焊雙面成形簡單，容易掌握，常用于背面無法施焊（如小直徑圓筒 環(huán)縫、夾套容器環(huán)縫）的場合，缺點(diǎn)是當(dāng)墊板和筒體的橢圓度不一致時(shí)，兩者 之間裝配在一起時(shí)局部會(huì)留有縫隙，因此易形流淌失去墊板的作用。 公知的另一種處理辦法是采用一種是焊接墊板帶；焊接墊板帶也有人稱為柔韌 墊板帶、玻璃布?jí)|板帶等。但是焊接墊板帶（柔韌墊板帶、玻璃布?jí)|板帶）僅 限于焊接較厚的大直徑管道、貯箱(罐)等，對(duì)于直徑小于dn500mm的管道并不 適用因?yàn)榘卜藕腿〕霾环奖恪?/p>

鋁合金是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展而衍生出來的新興材料之一,其耐腐蝕、導(dǎo)熱性能和強(qiáng)度均有突出的表現(xiàn),廣泛運(yùn)用于工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中,能滿足多種生產(chǎn)高度集成化、輕薄化、微型化的要求。大、中型工程管道建設(shè)也通常采用鋁合金材料。由于鋁合金機(jī)件目前采用焊接工藝連接而成,因而在實(shí)際操作過程當(dāng)中焊接質(zhì)量主宰著產(chǎn)品的質(zhì)量。文章就鋁合金管焊接技術(shù)相關(guān)內(nèi)容做出探討,旨在拋磚引玉。

建立了tig焊接溫度場、應(yīng)力場的有限元計(jì)算的三維瞬態(tài)模型,以ld10鋁合金薄板平面內(nèi)環(huán)焊縫為例,采用有限元分析軟件ansys編制了apdl程序進(jìn)行仿真模擬,探討了焊接殘余應(yīng)力與變形的特點(diǎn),結(jié)合彈性穩(wěn)定性理論對(duì)環(huán)焊縫焊接產(chǎn)生的特殊變形規(guī)律進(jìn)行了研究.結(jié)果表明,在環(huán)焊縫焊接過程中形成了與常規(guī)對(duì)接焊完全不同的焊接熱循環(huán)過程,殘余應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜;焊縫外側(cè)的壓應(yīng)力超過了失穩(wěn)變形極限,造成了鋁合金薄板的失穩(wěn)變形.

分析了鋁合金管道焊縫射線檢測(cè)主要技術(shù)特點(diǎn),進(jìn)行了提高照相靈敏度的工藝試驗(yàn)和研究,介紹了鋁合金管道焊接中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷影像特征及評(píng)定方法。

本文介紹空分冷箱內(nèi)鋁合金管道焊接特點(diǎn),結(jié)合鋁合金管道焊接過程中常見的缺陷特點(diǎn)及產(chǎn)生原因,簡述射線影像的缺陷特征。

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本文結(jié)合制氧空分鋁合金管道焊縫的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),簡單介紹鋁合金管道焊縫的射線探傷方法,并簡述鋁合金管道焊接中常見的缺陷。

分析了鋁合金管道焊縫射線檢測(cè)板厚、曝光時(shí)間與黑度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行了射線照相靈敏度的工藝試驗(yàn)和研究,介紹了鋁合金管道相同管電壓不同黑度的曝光曲線圖及不同管電壓相同黑度的曝光曲線圖。

利用ansys軟件模擬厚度為4mm的7075鋁合金管體試件在有預(yù)拉伸應(yīng)力和無預(yù)拉伸應(yīng)力作用下的焊接。結(jié)果表明:預(yù)拉伸焊接法可有效減小鋁合金管體焊后的殘余應(yīng)力和變形。預(yù)拉伸應(yīng)力抵消了部分焊接區(qū)熱膨脹產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力,從而減小了壓縮塑性變形,進(jìn)而減小了冷卻時(shí)焊接區(qū)域的拉伸應(yīng)力,相應(yīng)地遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的壓縮應(yīng)力也隨之減小。

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針對(duì)鋁及鋁合金管,特別是小口徑薄壁管固定口仰焊部位易出現(xiàn)氣孔、燒穿、塌陷及焊接熱裂紋等問題,分析問題存在的原因,從焊接工藝方面入手,提出一套消除氣孔及燒穿的操作手法。

為了更好地預(yù)測(cè)含碳量較高的冷彎方鋼管的焊接應(yīng)力-應(yīng)變場,應(yīng)用有限元軟件abaqus及移動(dòng)雙橢球型焊接熱源模型,對(duì)焊接過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中,采用了考慮與不考慮材料微觀組織影響的2種方法,其中微觀組織的作用通過引入冷卻過程中材料馬氏體化引起的體積膨脹來施加。分析結(jié)果表明:考慮材料微觀組織影響可以更好地預(yù)測(cè)含碳量較高的冷彎方鋼管的應(yīng)力-應(yīng)變場,縱向殘余應(yīng)力在焊縫處顯著降低,橫向殘余應(yīng)力在臨近焊縫處也有所降低,但在焊縫處顯著升高。

鋁合金管資料

基于deform-3d有限元分析平臺(tái),采用網(wǎng)格分步重劃分的方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)微通道管成形非穩(wěn)態(tài)過程的三維數(shù)值模擬,獲得了成形過程模具中的金屬應(yīng)力和流速分布,以及模具受力情況。利用數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合壓力-時(shí)間判據(jù),對(duì)焊合質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,并利用熱模擬試驗(yàn)機(jī)模擬了擠壓成形中相應(yīng)溫度和接觸壓力下的焊合過程。該文研究可對(duì)實(shí)際生產(chǎn)微通道管時(shí)工藝參數(shù)優(yōu)化和擠壓模具設(shè)計(jì)等問題提供參考。

一.概述 近幾年，我單位相應(yīng)的承擔(dān)了幾套空氣分離裝置的施工， 我有幸參與了空分裝置冷箱內(nèi)鋁合金管道的安裝任務(wù)。眾所周 知空氣分離裝置，工程質(zhì)量體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，便是管道系統(tǒng)的 脫脂。管道內(nèi)的介質(zhì)包括液態(tài)氧、液態(tài)氮、液態(tài)空和氧氣、空 氣、氮?dú)獾?，如何處理好脫脂這項(xiàng)工作一直是我們研究的課題， 脫脂的好壞將直接影響到今后生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 我們知道高速流動(dòng)的氧氣與油脂摩擦?xí)l(fā)生爆炸，所以冷 箱內(nèi)鋁合金管道及附件在安裝前必須進(jìn)行嚴(yán)格的脫脂（或清 洗）處理，以便把管道及配件的油脂清洗干凈。 二.脫脂劑的種類及優(yōu)缺點(diǎn) 清洗管道及附件的油脂通常使用四氯化碳、二氯乙烷、三 氯乙烯、精餾乙醇等溶劑脫脂。 1．四氯化碳及三氯乙烯 是無色、透明、不可燃、極易揮發(fā)并有毒的液體，與氧氣 混合不會(huì)生成爆炸性混合氣體。適用于金屬及非金屬材料的脫 脂，對(duì)有色金屬的腐蝕性強(qiáng)。 2．二氯乙烷

綜合參數(shù)比較 -康帕斯管道與無縫鋼管 第一部分：節(jié)能 每立方米/分壓縮空氣的成本 通過下列計(jì)算可得到， ·假定: 電機(jī)服務(wù)系數(shù)=110% 功率因子= ·一臺(tái)典型的每1hp可產(chǎn)生4cfm ·1hp=110%= ·所以產(chǎn)生1cfm壓縮空氣需 ·如果每度電費(fèi)為元:1cfm=元/小時(shí) ·1立方米/分= ·所以1立方米/分=元/小時(shí) ·所以一臺(tái)10立方米/分的每年運(yùn)行8,000小時(shí)來計(jì)算將耗電: 10x8,000x=418400元（無泄漏狀態(tài)下） 通過如上公式計(jì)算67立方米/分的流量運(yùn)行8000小時(shí)將耗電（無泄漏狀 態(tài)）： 管路材質(zhì)摩擦系數(shù)對(duì)比情況下所產(chǎn)生的電費(fèi) 無縫鋼管10x8000x=418400元 airpipe超級(jí)管路（10x8000x

綜合參數(shù)比較 -康帕斯管道與無縫鋼管 第一部分：節(jié)能 每立方米/分壓縮空氣的成本 通過下列計(jì)算可得到， ·假定: 電機(jī)服務(wù)系數(shù)=110% 功率因子= ·一臺(tái)典型的每1hp可產(chǎn)生4cfm ·1hp=110%= ·所以產(chǎn)生1cfm壓縮空氣需 ·如果每度電費(fèi)為元:1cfm=元/小時(shí) ·1立方米/分= ·所以1立方米/分=元/小時(shí) ·所以一臺(tái)10立方米/分的每年運(yùn)行8,000小時(shí)來計(jì)算將耗電: 10x8,000x=418400元（無泄漏狀態(tài)下） 通過如上公式計(jì)算67立方米/分的流量運(yùn)行8000小時(shí)將耗電（無泄漏狀 態(tài)）： 管路材質(zhì)摩擦系數(shù)對(duì)比情況下所產(chǎn)生的電費(fèi) 無縫鋼管10x8000x=418400元 airpipe超級(jí)管路（10x8000x