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大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺的辊形设计及过程仿真

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机械工程学报 2021年第10期57卷 148-159页

作者：黄学颖于高潮翟瑞雪马瑞周超高才良赵军先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛066004 秦皇岛方华机械有限公司秦皇岛066000

现有的矫直、矫圆工艺均是分工独立完成的。为了在一个工序中同时完成矫直和矫圆工艺和解决大型直缝焊管成形后椭圆度和直线度的超标问题,提出一种新型的大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺。并以矫后管材的椭圆度、直线度和残余应力最... 详细信息

现有的矫直、矫圆工艺均是分工独立完成的。为了在一个工序中同时完成矫直和矫圆工艺和解决大型直缝焊管成形后椭圆度和直线度的超标问题,提出一种新型的大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺。并以矫后管材的椭圆度、直线度和残余应力最小为设计目标,对该工艺进行过程仿真。结果表明,采用"五段式"的辊形设计并且辊轴各段的设计比例为1∶2∶4∶2∶1有更好的矫圆和矫直效果。此外,管材的椭圆度、直线度以及残余应力均与弹区比有关。当弹区比较小时,管壁截面出现失稳现象。对于同种材料,弹区比越小,管材的变形程度和矫后的残余应力越大。当弹区比分别为0.6和0.8时,均能获得良好的成形效果。矫形段辊形曲线的设计为双曲线的形式,所得到的管材直线度可以达到0.12%,椭圆度可以达到0.06%,满足大型直缝焊管的工业要求。该工艺可实现大型直缝焊管直线度和椭圆度的协同调控,从而缩短生产工艺流程,提高矫形效率。

关键词：大型直缝焊管直线度椭圆度残余应力辊形设计数值模拟

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大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺

塑性工程学报 2022年第2期29卷 95-102页

作者：于高潮黄学颖彭德平赵军燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 湘潭华进重装有限公司湖南湘潭411300 宁波财经学院数字技术与工程学院浙江宁波315000 湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

为在一个工序中同时完成矫直和矫圆两种工序,提出了大型直缝焊管三辊连续复合矫形新工艺。对该工艺过程、辊形分布以及加载参数进行了介绍,开发了三辊连续复合矫形实验设备。以残余椭圆度和残余直线度最小为目标,通过实验方法探究了径... 详细信息

为在一个工序中同时完成矫直和矫圆两种工序,提出了大型直缝焊管三辊连续复合矫形新工艺。对该工艺过程、辊形分布以及加载参数进行了介绍,开发了三辊连续复合矫形实验设备。以残余椭圆度和残余直线度最小为目标,通过实验方法探究了径向压下量、初始椭圆度、初始直线度、往复弯曲次数以及径厚比等工艺参数对矫形效果的影响。最后提出了一种根据管坯材料和几何尺寸确定径向压下量、辊轴旋转速度和管坯进给速度等工艺参数范围的矫形策略。搭建了三辊连续复合矫形半自动化实验平台,可实现大型直缝焊管直线度和椭圆度的协同调控。矫后管坯的残余直线度和残余椭圆度分别在0.17%和0.4%以内,验证了新工艺的可行性。

关键词：大型直缝焊管三辊连续复合矫形矫直矫圆直线度椭圆度

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大型直缝焊管三点单次矫直技术

塑性工程学报 2012年第3期19卷 39-43页

作者：马瑞展培培宋晓抗赵军燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

三点弯曲压力矫直,是目前规范大型直缝焊管直线度的主要手段。由于大型管件的特殊性,文章基于激光三角法建立了大型管件的挠度测量系统。通过实验,验证了直梁三点弯曲与曲梁三点压力矫直之间的等价关系;根据弹塑性小变形理论,解析了直... 详细信息

三点弯曲压力矫直,是目前规范大型直缝焊管直线度的主要手段。由于大型管件的特殊性,文章基于激光三角法建立了大型管件的挠度测量系统。通过实验,验证了直梁三点弯曲与曲梁三点压力矫直之间的等价关系;根据弹塑性小变形理论,解析了直梁弯曲过程中压下量与管坯卸载弹复后最大挠度的关系曲线,并实验验证了其正确性。该文为大型直缝焊管压力矫直工艺参数制定,提供了理论基础,改变了目前大型直缝焊管生产厂家矫直工艺主要依赖操作人员经验的现状。挠度测量系统的实现,为大型管件智能化矫直,提供了理论指导。

关键词：大型直缝焊管矫直塑性小变形挠度测量

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大型直缝焊管三点压力矫直智能控制系统

大型直缝焊管三点压力矫直智能控制系统

作者：魏然燕山大学

学位级别：硕士

大型直缝焊管在成形过程中受到焊接热应力、成形设备、模具整体精度等因素的影响,导致成品管件整体直线度不能满足行业标准要求,所以需要对其进行矫直。针对大型直缝焊管的几何特殊性,通常采用三点压力矫直的方法改善其直线度,本文在小... 详细信息

大型直缝焊管在成形过程中受到焊接热应力、成形设备、模具整体精度等因素的影响,导致成品管件整体直线度不能满足行业标准要求,所以需要对其进行矫直。针对大型直缝焊管的几何特殊性,通常采用三点压力矫直的方法改善其直线度,本文在小曲率平面弯曲弹复理论、平面曲梁纯弯曲等价定理、神经网络等理论的基础上,以MATLAB GUI为平台,编写了挠度拟合、初始曲率计算、材料性能在线识别、理论弯矩和最优载荷修正系数的计算等程序,完成了各模块之间数据的传递和链接,从而完成了整个系统平台的搭建,实现了理论与软件的有机结合。智能化矫直系统,由实时监测、实时识别、实时预测、实时控制四个基本要素构成,通过计算机技术与矫直理论的有机结合,依据便于监测的因素,实时识别管件的材料性能参数,输出最优矫直工艺参数,并以输出的最优工艺参数完成整个矫直过程。实现大型直缝焊管矫直的智能化,不仅可以改善现有的矫直工艺,而且还可以促进矫直设备的改进,在提高矫直效率,降低劳动强度等方面具有十分重要的意义。在工程实际中,大型直缝焊管多以管径大,管壁薄等特点难以矫直,因此研究大型直缝焊管的智能矫直具有较强的工程实际意义。本文根据系统输出的矫直工艺参数对实测长度为12m、最大挠度为70mm的大型直缝焊管以及长1.5m,挠度为6-9mm的小型管件进行矫直数值模拟,并根据模拟结果给出小型管件常见挠度的最优矫直次数,在达到良好矫直效果的同时兼顾效率。进而根据系统输出矫直策略对小型管件进行实验验证,矫直结果符合行业标准要求,从而通过模拟和实验证明系统搭建的正确性以及可实施性。

关键词：大型直缝焊管三点弯曲智能化 MATLAB GUI 数值模拟

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大型直缝焊管JCOE成形工艺仿真技术研究

大型直缝焊管JCOE成形工艺仿真技术研究

作者：张季燕山大学

学位级别：硕士

随着全球石油、天然气等能源消耗速度的不断加快，输送管线建设得到迅猛发展，大型直缝焊管作为气体、液体的输送管路，得到了广泛应用，随着管道运输压力的增加，大型直缝焊管成形工艺变得越来越重要，大型直缝焊管成形工艺已成为管道... 详细信息

随着全球石油、天然气等能源消耗速度的不断加快，输送管线建设得到迅猛发展，大型直缝焊管作为气体、液体的输送管路，得到了广泛应用，随着管道运输压力的增加，大型直缝焊管成形工艺变得越来越重要，大型直缝焊管成形工艺已成为管道运输安全的一个重要的指标。所以研究高效率、高质量的大型直缝焊管成形工艺是近年来企业研发的热点。本课题在大型直缝焊管JCO成形理论解析的基础上，根据有限元方法的基本原理、金属管材塑性大变形的特点，对大型直缝焊管JCO工艺的基本成形模式——宽模大曲率半径自由弯曲成形开展了数值模拟分析与实验研究，模拟结果和实验结果相符。同时基于机械扩径成形过程的理论基础和有限元方法的基本原理，对管坯机械扩径成形进行有限元模拟和实验验证，模拟结果和实验结果吻合较好。通过数值模拟分析得到了凸模圆角半径、凹模圆角半径、板料厚度等工艺参数对板料弯曲成形的影响规律和扩径率对管坯机械扩径成形质量的影响规律。为成形设备的选择、模具设计以及大型直缝焊管JCO成形工艺和机械扩径成形工艺的制定和优化提供参考，具有一定的工程应用价值。

关键词：有限元模拟大型直缝焊管 JCO成形板料弯曲成形机械扩径

大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺实验研究

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大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺实验研究

作者：倪传东燕山大学

学位级别：硕士

进入到二十一世纪以来我国的输送管道建设开始步入高峰期，石油和天然气作为一种极其主要的能源在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用。我国管道业对于生产出的管线输送压力也不断增加，因而运输管道朝着大口径、厚管壁和高强度的方... 详细信息

进入到二十一世纪以来我国的输送管道建设开始步入高峰期，石油和天然气作为一种极其主要的能源在国家经济建设中发挥着越来越重要的作用。我国管道业对于生产出的管线输送压力也不断增加，因而运输管道朝着大口径、厚管壁和高强度的方向发展已成趋势。以JCOE/JCO和UOE为代表的制管工艺在理论界与工程界均得到广泛研究和应用，其中JCO成形工艺投资少、见效快、应用广泛。本文对UOE和JCOE成形工艺路线和工艺特点进行分析的基础上，提出了基于四点弯曲力学原理的四点弯曲JCO成形新工艺，并进行了新工艺的工艺设计和实验验证。通过ABAQUS有限元分析软件对四点弯曲过程进行了数值模拟，结果表明该工艺可以不需要预弯工序，成形管坯残余应力分布均匀。本文提出了四点弯曲JCO成形新工艺成形参数的制定规则。通过分析回弹情况、板坯宽度、成形道次、送料步长、凸模跨距、凹模跨距、JCO成形力和弯曲行程等关键参数对成形的影响，得到了四点弯曲JCO成形实验的参数制定规则。并按照该规则，对目前广泛应用的典型钢管的四点弯曲JCO成形进行了同比例缩小实验验证，采用型号为SS400钢板代替X80钢板进行成形实验，实验证明椭圆度能够满足工程应用。通过本文的研究，初步建立了大型直缝焊管四点弯曲JCO成形工艺路线，提出了相关参数的制定规则和确定方法，为该成形新工艺的进一步研究和工程应用提供了依据。

关键词：大型直缝焊管四点弯曲 JCO成形新工艺

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大型直缝焊管四点弯曲JCO成形仿真研究

大型直缝焊管四点弯曲JCO成形仿真研究

作者：王丽娟燕山大学

学位级别：硕士

随着世界各国对石油、天然气等能源需求量的不断增加，大口径直缝焊管作为能源输送的主要载体，其需求量也在日益增加。四点弯曲JCO成形是以传统三点弯曲JCO成形工艺为基础，以宽板四点弯曲弹复理论为依据的一种新的制管工艺。四点弯曲... 详细信息

随着世界各国对石油、天然气等能源需求量的不断增加，大口径直缝焊管作为能源输送的主要载体，其需求量也在日益增加。四点弯曲JCO成形是以传统三点弯曲JCO成形工艺为基础，以宽板四点弯曲弹复理论为依据的一种新的制管工艺。四点弯曲JCO成形采用渐进式多步模压成形方式，该工艺影响参数较多、路线比较长。本文采用数值模拟的方法对该工艺进行研究。通过仿真值与实验结果对比，验证了仿真分析的可靠性。首先，本文以四点弯曲力学模型为基础，利用大型非线性有限元软件，建立了宽板四点弯曲二维有限元仿真模型。通过选取合理的有限元数值模拟参数，对宽板四点自由弯曲变特征进行分析。同时，研究了凸模圆角半径、凹模圆角半径、板坯厚度、凸模跨距及凹模跨距等工艺参数对成形力及弯曲半径的影响规律。其次，本文以规格为262.64.7mm管坯成形为例，建立四点弯曲JCO成形过程的计算机连续仿真系统。通过模拟结果与实验结果对比，验证仿真模型的正确性及该工艺的可行性，分析了四点弯曲JCO成形的应力与应变场的特点，揭示四点弯曲JCO成形的变形特征，对采用不同成形道次时管坯最终成形特点进行分析。最后，本文提出四点弯曲成形极限条件,利用宽板四点弯曲有限元仿真模型，对四点弯曲JCO成形极限进行分析。通过数值模拟得到不同成形条件下的极限弯曲半径及极限压下量，讨论了凸凹模间距及凹模圆角半径对四点弯曲JCO成形极限的影响。通过对大口径直缝焊管四点弯曲JCO成形过程的计算机仿真研究，总结其成形规律，为该成形工艺的进一步研究及工程应用提供了可靠依据。

关键词：大型直缝焊管四点弯曲 JCO成形成形极限计算机仿真

大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺及CAPP系统研究

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大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺及CAPP系统研究

作者：何巨燕山大学

学位级别：硕士

随着我国社会经济的快速发展,对石油、天然气等能源需求愈加旺盛,而管道运输方式亦已经成为此类能源运输系统的重要组成部分,与之相关的大型管道制造企业也随之得到快速发展。目前,比较常见的制管工艺有JCOE/JCO和UOE,其中三点弯曲JCO... 详细信息

随着我国社会经济的快速发展,对石油、天然气等能源需求愈加旺盛,而管道运输方式亦已经成为此类能源运输系统的重要组成部分,与之相关的大型管道制造企业也随之得到快速发展。目前,比较常见的制管工艺有JCOE/JCO和UOE,其中三点弯曲JCO成形工艺因其在成本、效率和成形质量上的优势,应用更为广泛。在对传统三点弯曲JCO成形工艺研究的基础上,现已有学者提出大型直缝焊管四点弯曲JCO生产新工艺的研究,该工艺成形的管坯在成本、效率和成形质量上的优势更为显著,且模具数量少,柔性程度高。本文在现有四点弯曲JCO成形工艺理论的基础上,研究四点弯曲成形极限跨距及其影响因素,并依据成形极限跨距的研究结果进一步确定了影响成形的关键参数,以及成形工艺路线中相关参数的制定规则和确定方法。随着计算机科学技术的飞速发展,其与制造业的联系也越来越紧密,计算机辅助工艺规划(CAPP)技术也成为工艺设计和工艺参数制定的重要辅助手段。本文根据四点弯曲JCO成形新工艺的理论研究结果,提出了大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺CAPP系统的功能需求,并设计了系统结构和功能流程;基于VC++软件开发平台,结合生产实际,研究开发了管坯四点弯曲JCO成形新工艺参数理论预测功能模块,并建立起大型直缝焊管四点弯曲JCO成形新工艺CAPP系统。最后,通过模拟和实验验证了四点JCO成形新工艺CAPP系统进行工艺参数预测的可行性与准确性。本文的研究结果能够为工厂实际生产制定大型直缝焊管成形工艺参数提供理论和技术支持,使缩减大型直缝焊管成形工艺参数的制定周期、提高成形质量和生产效率成为可能,因此具有一定的实际应用和推广价值。

关键词：大型直缝焊管四点弯曲JCO成形成形极限跨距工艺参数预测 CAPP系统

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大型直缝焊管辊式四点弯曲多次压力矫直工艺

大型直缝焊管辊式四点弯曲多次压力矫直工艺

作者：李智博燕山大学

学位级别：硕士

随着在全世界范围内天然气和石油资源的开发朝着非常规油气方面能量资源的转移,对管道的建造和设计提出了更高要求,以满足恶劣的开发环境。基于良好的焊接技术和成形技术的大型直缝埋弧焊管,在环境恶劣的寒冷地区和海底深处管道的铺建... 详细信息

随着在全世界范围内天然气和石油资源的开发朝着非常规油气方面能量资源的转移,对管道的建造和设计提出了更高要求,以满足恶劣的开发环境。基于良好的焊接技术和成形技术的大型直缝埋弧焊管,在环境恶劣的寒冷地区和海底深处管道的铺建中得到广泛的应用。由于传统三点弯曲矫直工艺有其局限性:矫直次数比较多,通常为4-6次,矫直效率低。三点弯曲的上辊对管件施加的载荷大,管件易产生截面畸变。基于此,本文提出了大型直缝焊管辊式四点弯曲多次压力矫直新工艺。基于有限元模拟分析,根据管件几何参数和材料性能,通过理论矫直弯矩计算矫直载荷。采用对称式辊系建立四辊矫直模型,进行模拟分析。管件只需3次矫直,矫直效率高。通过对比分析,四点弯曲矫直的载荷力比三点弯曲的矫直载荷小,矫直后管件的截面不易产生畸变。揭示了辊式四点弯曲多次压力矫直工艺的矫直机理,即辊式四点弯曲压力矫直工艺是以梯形折线分布弯矩逼近理论矫直弯矩光滑曲线,根据初始挠度分布,给出了辊式四点弯曲矫直所需的工艺参数。最后,搭建了大型直缝焊管辊式四点弯曲多次压力矫直实验设备系统,设备包含挠度检测装置、电液控制系统和机械系统,可在线测量待矫管件的初始挠度。并使用小尺寸试验管件进行有限元模拟和实验分析,验证了新工艺的可行性和准确性。

关键词：大型直缝焊管过弯矫直辊式矫直直线度辊距挠度检测