成型过程对焊管残余应力的影响分析

现如今，输送管在工程中的应用率不断提高，并逐渐向大口径方向发展，螺旋焊管焊接的过程中应合理控制残余应力，全面提升焊接质量，提供消除残余应力的理论依据。本文首先针对渤海装备华油钢管有限公司螺旋焊管进行成型介绍，然后分析了焊管残余应力控制技术，最后探究了成型过程对焊管残余应力的影响。

随着螺旋焊管焊接活动的不断增多，在了解残余应力分布的基础上，探究在成型过程中对残余应力的影响，不仅能够促进螺旋焊管顺利完成焊接活动，而且还能掌握残余应力分布规律，这对成型方式探究、影响效果分析具有重要的意义。

1螺旋焊管的成型

螺旋焊管广泛应用于流体输送领域，成型方式主要有两种，第一种即辊子外控式（如图1），第二种即内控式，这两种方式相对比而言，前者应用率较高。由于成型过程相对复杂，并且成型时间相对较长，实际生产期间应保持特定角度完成传递活动，成型期间设置在固定位置的成型辊共有八组，通常称为0、1、2、3、5、6、7、8号辊，其中2号辊为内辊，其余为外辊。同时，合理设置辊型参数，通过输送带缓慢传递。螺旋钢管实际焊接的过程中，为了实现科学的焊接效果，应掌握合理的焊接顺序，并做好内外焊工作，确保焊缝质量，最终实现连续焊接效果。工程实际制造期间，应坚持同步焊接原则，即焊接工作同步于成型工作，板料应充分发挥辅助作用，确保残余应力全面分布，与此同时，针对性研究焊接工作，全面掌握成型期间应力分布效果，这对成型工艺有效应用、螺旋焊管无缺陷焊接有重要作用。

2焊管残余应力控制技术

焊接变形不同于焊接残余应力，二者间存在显著的行为特征，焊接期间应用夹紧操作的构件能够完成保持一定残余应力，如果构件应用期间的约束较少，那么焊接变形几率相对较大。反之，残余应力相对较小。从中能够看出，要想制造低变形值、低残余应力构件，则这一过程十分困难。此外，残余应力受温度影响显著，并且材料质量、焊接参数以及热源等因素均会对焊接效果产生重要影响。实际焊接期间，残余应力分布值也会因此受到影响。其中，焊接参数被影响因素主要为焊接电流、电压、速度等。一旦焊接温度差过大，那么残余应力会相应扩大。反之，热源值降低，则残余应力会随之降低。残余应力除了受焊接温度影响外，还受材料硬度影响显著，进而影响焊接变形程度，因此，实际焊接过程中，应合理控制焊接温度，避免残余应力在集中温度影响下大范围拓展，进而间接影响焊接组织，导致组织发生不良变化。

由于控制残余应力的过程中需要解决材料损耗这一问题，并且危险部分主要存在于裂缝端部，同时，这一部位即焊接应力集中、变形部分集中的重要位置，要想降低局部损伤的发生几率，应进行结晶退火处理。实际焊接期间，对于构件内部常见的残余应力问题，应适当选用合理的控制技术，并且还要保持规范的操作程序，合理设置焊接参数，尽最大可能消除焊接期间产生的残余应力。消除焊接残余应力的有效措施主要包括两方面，第一方面即焊前处理，第二方面即焊后处理，常用方法分别为力学形变法、蠕变形变法、温差形变法。

3成型过程对焊管残余应力的影响

本文所选焊管为1219mm×18.5mm，经水压试验后的两种焊管形式，第一种形式即80 X 80钢级直缝焊管，第二种形式即螺旋焊管。其中，第二种类型焊管长度为3105mm，残余应力实际测量方法为盲孔法，孔径以及孔深分别为1.4mm，所应用的测量仪器为数字景台应变仪，型号为CM-1J-31，利用该仪器完成测点位置确定以及截面测试等工作。对此分析成型过程焊管内外残余影响效果。

3.1来源于成型方式的影响

在掌握焊管内外应力分布情况的基础上，并无焊缝问题，差异性成型方式的残余应力值如表1所示。分析表1可知，不同成型方式所产生的应力状态不相一致，并且内部应力值和外部应力值存在显著差异，应用数值模拟的方式分析焊管成型过程，即在18.5mm壁厚条件下，厚度方向应力分布趋近线性，探究分析可知，根据实际需要合理设计、顺序化调整螺旋焊管成型参数，能够大大降低残余应力。

3.2焊管焊缝区的差异性影响

焊管80 X 80钢级直缝焊管（JCOE）和80 X 80钢级直缝焊管（UOE）分别为拉应力和压应力，焊缝处的拉应力值几乎为零，焊缝两侧（8～9mm处）拉应力值明显分布。其中，螺旋焊管（HSAW）拉应力值为304MPa，80 X 80钢级直缝焊管（UOE）拉应力为105MPa，80 X 80钢级直缝焊管（JCOE）拉应力为182MPa，常见于热影响区外表面。对比分析其他位置的应力情况可知，焊缝位置极易存在应力集中现象。

3.3来源于压量影响

成型过程中的参数具体包括两种，第一种即下压量，第二种即成型角。适当增加下压量能够获得低应力，与此同时，还会导致板料出现形变现象，并且管坯也会相应存在，管坯直径大小不同于标准管径，受摩擦力影响，直径值会再次增大，常用标准管径法来完成，研究学者对此常用两种方法来分析，第一种方法即理论分析法，在此基础上，应用实测法予以分析。正常来讲，合理控制压量，妥善设置管径数值，并在适当位置增设中性层，同时，附加压力值于两侧，确保合应力值为零。适当增大下压量之后，圆弧直径会相对降低，通过外力将其中调整为标准直径，确保最终形成的拉应力形成内大外小的局面。适当减小下压量后，标准直径值会小于管坯直径，这时拉应力形成内小外大这一特点。合理控制压应力，当内外表面压应力分别为拉应力和低值压应力时，那么轴向残余应力为23MPa，峰值拉应力变为304MPa；当下压量过大，此时焊管所承受的拉应力分别为内表面和外表面，数值分别为1 72MPa和4.5MPa，焊缝处内表面轴向拉应力为41 2MPa；当下压量过小时，内表面周向压力为1 4MPa，外表面平均值为38MPa，焊缝处周向压力值最高为425MPa。从上述不同下压量数值变化可知，应合理控制下压量数值，避免下压量数值大幅度波动，进而能够促进螺旋焊管顺利焊接。

4结语

综上所述，成型过程焊管极易发生形变，同时，还会不同程度的产生残余应力，这不仅会降低焊接质量，而且还会降低焊接速度。针对成型过程产生的残余应力方面的影响具体分析，能够为成型过程提供经验，还能大大降低残余应力的消极影响。此外，相关学者还应对成型过程具体分析，这对螺旋焊接质量提升、焊接效果优化具有重要影响。