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1 应力应变和沮度分析将上述建立的有限元分析模必和设定的边界条件分别在 Marc 软件设定．获得了竺厚 17mm 的钢管轧制时的变形情况。图 2 为钢管在第 1o 机架变形区的等效应变、等效应力和沮度分布图。从图中可知．钢管产生的等效应变、等效应力以及轧制过程中的沮度分布并不均匀。在轧辊约束下．钢管外表面产生的变形小于内表面变形；辊缝处的等效应力小于辊底处的等效应力。从钢管的退度分布云图可以看出．钢管的外表面由于与处于较低沮度的轧辊的接触．沮度迅速下降较多；钢管中间部分的沮度升高，但幅度不大．主要是由于钢管变形．部分变形功转换为热债；钢管内表面沮度墓本不变．说明内表面通过对流和热辐射一与外界进行的能徽交换较少。
2 成品钢管的周向壁厚分析本文在进行钢管张力减径的有限元计算过程中发现．划分的有限单元网格产生崎变．单元节点与其径向位！偏离较大．由此会导致在 Marr 自带的后处理模块中计算成品钢管峨厚时会产生较大的误差。因此，本文将有限元计算获得的结果文件导入到 CAD 软件中进行壁厚侧．，能充分保证侧盆的准确性。钢管周向璧尽按图 3 所示位 t 进行侧盆。图 4 为本文经过计算获得的不同壁厚的钢愉减径后的璧厚沿周向分布图。可以粉出变形后的成品
钢管的壁厚并不一致．且都出现了内多边形现象．壁厚越小。出现的内多边形现象越严欢。分析产生内多边形的原因主要有如下 3 点： ( 1 ）轧辊孔型的椭阂形状导致张力减径过程中金属沿孔型圆周方向的压下峨出现趋异．辊底处的压下反较大而辊缝处压下盆较小；同时，辊底的金属和辊缝的金属变形时的流动方式不一样，辊底金属向内侧流动，而辊缝金属向外侧流动。 ( 2 ）轧辊运动时，其横截面上不同位，的线速度导致了钢管表面的牵擦力分布不均。图 5 给出了变形过程中钢管表面的雌徐力分布云图．从图中可以粉出，由于钢管的线速度小于辊缝处的线速度．而大于辊底处的线速度，由此造成了康擦力方向在辊缝位且与轧制方向相同，而在辊底位置雌擦力与轧制方向相反．并在辊缝处形成了轴向压应力 M ，而在辊底处形成轴向拉应力，并且越帐近辊缝和辊底位， . 康擦引起的附加应力越大。
钢管在轧制或热处理后,因受到外力、热应力或中未给出针对变形较为复杂的厚壁钢管的模型。针组织应力的影响,从而产生弯曲变形。对于钢管端对目前计算压力矫直厚壁钢管行程精度低,通常需部和大直径钢管的弯曲变形,常用压力矫直。
计要重复矫直,效率低下等问题,笔者依据弹塑性理算钢管矫直行程是钢管自动矫直机的关键技术。基论,建立了能用于压力矫直厚壁钢管过程中的载荷于矫直曲率方程2的矫直模型计算必须依据零件挠度模型,反映了压力矫直厚壁钢管的变形机理,此轴线拟合出曲线方程,该曲线方程存在多点测量误模型考虑了截面塑性压扁。
差和人为拟合误差,计算精度受到影响,应用也不方便。文献「1,]使用有限元的方法对计算钢管矫直1弹性阶段的載荷挠度模型
行程进行了研究,所需的时间较长,且没有很好地反映钢管压力矫直过程的变形机理。文献[4]的理论研究中将弹区比假设为定值,且没有考虑截面的塑设压力矫直厚壁钢管的压下力为F,压点与支性压扁,因而产生较大误差。
文献[5]提出了载荷
座的距离为l,钢管内径为r,外径为R,中间截面弹
挠度模型,且证明了该模型具有较高精度,但是该文性极限层距中性层高度为R,R/R=1,n/R=a,钢
关于结构用厚壁钢管合理选材选型的建议
(1)在大型管结构工程设计中,需选用厚壁钢管时,设计人员应了解厚壁钢管的成型方法类别与其技术经济性能特点,并合理选材。
(2)综合比较力学性能、焊接性能、加工性能、截面尺寸精度及材料价格等因素,钢结构工程用厚壁钢管宜选用冷压或冷卷成型钢管。在此类钢管比选中,若考虑钢管力学性能、加工效率、焊缝数量与打磨要求等因素,则宜 冷压成型(U(E)厚壁钢管,但在加工费用上冷压工艺要高于冷卷工艺约20%以上。
(3)当选用冷压或冷卷厚壁钢管时应注意以下技术性能或参数的要求
1)径厚比一一冷卷与冷压制管时,钢板内、外纤维分别受压受拉,产生塑性变形和冷加工硬化与残余应力等不利影响,而径厚比(管内径与厚壁之比)愈小,此影响愈严重,并会直接降低钢管的使用性能。我国电力行业标准《压力钢管制造与安装验收规范》L5017-93要求冷卷钢管的径厚比不应小于33(Q235与Q345钢)或40(Q390与Q420钢)。根据建筑钢结构工程的国内外经验,此限值可适当以放宽,在目前钢材性能水平和工艺条件下,暂以不小于20为宜。
2)钢材的强度级别一《钢结构设计规范》对钢管架结构规定所用钢材强度不应超过345MPa,届强比不应大于0.8,主要原因是现有研究、设计计算方法公式等都是以此类级钢材为主要对象进行的。厚壁钢管可能用于桁架或支柱结构,当钢板厚度、径厚比均相同而强度更高时,会产生更不利的冷加工硬化影响与残余应力,降低钢管的承载性能与焊接性能,故冷成型厚壁钢管的钢材强度以不大于345MPa为宜
3)钢材的性能要求目前冷成型型材的相关标准中对其力学性能试件的取样部位无明确规定,故厂家所提供的质量检验单数据均为其原材料的力学性能数据,并非已成型管产品的实物力学性能,这对厚壁钢管易造成延性指标要求(如伸长率)数据偏高的现象。故对主要承重构件用钢管,应在设计文件中注明其实物力学性能指标需经成品钢管上.的取样复测确认。同时对抗震设防等重要构件所用冷卷厚壁钢管,宜要求按钢板横轧制方向取样进行冲击功性能检测确认。在性能要求的项目内容上,除常规的化学成分与力学性能外,当厚壁钢管用于主要承重结构时,还应按荷载条件,使用温度、板厚、节点焊接约束度等条件,要求附加保证碳当量、屈强比、冲击功或Z向性能等作为钢管供货的保证性能指标。
4)热处理冷成型厚壁管影响性能的主要缺陷是冷加工硬化和残余应力影响,故对很重要的管构件或径厚比很小的钢管,可经过技术经济比较要求进行成品管热处理以细化晶粒,残余应力,优化钢管使用性能。
(4)热成型厚壁钢管虽无冷加工效应,但价格均较高。而热扩无缝钢管的壁厚公差可达士25%,会造成结构构件截面不对称,增加附加偏心弯矩和削弱截面承载力;而且在管构件对接接头处,可能造成对焊接头较大的错边偏差,故不宜用作钢结构承重构件。热卷成管性能较好,但加工成本高,主要适用于锅炉、压力容器、管道,般不宜用于钢结构构件中。
我国自行设计制造的、完全拥有自主知识产权的超高压厚壁无缝钢管垂直挤压机在北方重工集团研制成功。
厚壁无缝钢管的生产,不但满足 在电站建设上对厚壁无缝钢管的急需,节约大量外汇,而且打破了发达 的技术封锁。
超高压厚壁无缝钢管垂直挤压机为1.5万吨压力的厚壁无缝管坯生产设备,它是为3.6万吨大型垂直挤压装备配套的前一道生产工序装备,专门生产厚壁无缝管毛坯,是整套垂直挤压生产线的关键设备。它的工艺技术、制造生产过程复杂,技术难度大。
北方重工集团工程技术人员与清华大学专家教授联合攻关,创造了大吨位设备吊装安装、超高压直供泵调试、整个液压系统信号与设备本身联动、油位控制系统多项世界 ．
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12Cr1MoV厚壁钢管焊缝内部裂纹处理实例
12Crlmovg是目前电站锅炉用量 的低合金耐热钢,经国内外实践证明其工艺性能良好,可靠性强,其广泛应用在锅炉过热管、联箱和管道中。以某电厂4机亚临界锅炉为例,针对后屏集箱至高温过热器联箱连接管的内部裂纹进行分析,并提出相应的处理解决方案,为目前国内在役多的300MW机组中的12Cr1MoV厚壁钢管技术管理提供了有凎借鉴,为机组经济运行提供了重要保障．
(1)在补焊时,补焊区成型饱满光滑,新旧焊缝圆滑过渡,使用这种方法来分散应力,减少应力集中,对裂纹的产生会有一定的抑制作用。
(2)加强金属技术监督检验,该焊缝要列入电厂下次检修的检验项目中,检验项目包括宏观检验,磁粉检測,超声检測,硬度测试,必要时进行金相分析。在机组日后的检修中,重点监督几次,确保补焊位置不出现缺陷。
(3)加强技术监督过程控制。焊接人员与检验检測人员必须持有有效资格,并具有相当的经验;仪器设备必须经鉴定后合格,使用过程中也要按标准按时进行校验与校正;焊接所用的焊条必须在保质期内,并按使用说明提前烘焙;焊接与检验必须遵循相对应的工艺指导书、检验标准及操作规程等。
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