大型直缝焊管成形板边预弯弹复解析及工艺参数优化

• 作 者: 杨强
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 大口径直缝焊管 预弯 理论解析 回弹 有限元仿真 优化

随着石油、天然气等能源输送管道建设工程的快速发展，对大口径直缝焊管的需求量日益增加。JCO成形作为大型直缝焊管制造过程中的一种典型成形工艺，板边预弯成形是JCO成形工艺的第一道工序，也是制约JCO成形质量的重要工序。对预弯成形质量控制及工艺参数调整只能依靠工作人员的的现状，存在着效率低、工艺参数调整差大和预弯质量波动大等问题。对预弯过程进行系统研究，为生产实际快速合理制定预弯成形工艺参数提供依据。本文基于塑性弯曲理论，根据大型直缝焊管预弯成形工艺特点，在对预弯成形力学模型合理假设和简化的基础上，对板边预弯成形过程进行理论解析和数值计算。根据预弯模具与板坯的几何关系，推导出了预弯卷角的求解公式；同时采用指数硬化和双线性硬化两种材料模型，推导出了预弯回弹后弯曲角与工艺参数之间的解析式，以及预弯终止时刻的成形力解析式。利用有限元分析软件ABAQUS，以X70管线钢和20#钢为主要研究对象，建立了预弯成形有限元仿真模型，通过讨论不同有限元算法、不同单元类型等对预弯成形及回弹仿真计算精度的影响，确定了适合预弯成形的有限元数值模拟参数。分析了预弯成形应力应变分布特征，探讨了材料性能参数、摩擦系数、板料厚度和预弯长度因素对回弹后弯曲角的影响规律。以X70-Φ1067×19.1×12000 mm直缝焊管预弯过程为例，建立有限元仿真模型，通过实际生产数据验证了理论推导和仿真模型的正确性。以预弯长度为设计变量，建立了工艺参数优化模型，为焊管生产过程中的预弯工艺参数选择制定提供了重要的理论依据，具有理论意义和实际应用价值。