[发明专利]一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法

说明书

本发明公开一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法，该方法主要步骤为：在ANSYS中求解出焊接过程“沙漏”形的温度场；在ANSYS中求解出热处理过程“倒三角”形的温度场；提取“沙漏”形温度场中980℃的等温线、“倒三角”形温度场中920℃和980℃的等温线与钢管内、外表面轮廓线，并且在MATLAB中进行曲线拟合；将5条曲线导入同一坐标系进行匹配，求出各种热处理缺陷面积大小；以缺陷面积率k作为量化检测焊缝缺陷的技术指标，预测焊缝质量。本发明分析了一种区别于常规加热缺陷的隐性缺陷，通过有限元软件进行数值分析，缩短研究周期，节约成本，有助于提高焊管在恶劣环境服役的可靠性，也适应了未来热处理向精密化和绿色化方向发展的需求。

技术领域

本发明涉及热处理缺陷的预测方法，特别涉及一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法。

背景技术

焊管依靠其成本低及技术的不断完善在众多行业逐渐替代了无缝管。但服役条件恶劣的油井、化工和高压用管仍难普及。这与决定焊缝质量的两道关键工序焊接和热处理工艺密切相关。

目前，薄壁低压流体管的生产技术已较为成熟，如暖气和下水管道等。但是，即使厂家规范生产、客户现场验收合格，高压厚壁管仍存在不同程度的隐性缺陷，这不仅降低了客户的认可度，更制约了高端焊管产品的进一步发展。该隐性缺陷不同于常规探伤检测出来的焊接裂纹、夹渣、气孔和焊缝外观等缺欠，它包括隐藏在焊缝及热影响区内部、离散分布在不同位置的材料特性缺陷，如某些区域表现出来的韧性过低、硬度偏高，残余应力较大，以及综合机械性能稳定性差等问题，给焊管在恶劣条件下服役埋下了较大安全隐患。

经检索发现，叶朝峰在文献“P91大径钢管焊缝热处理质量控制[J]，金属热处理，2010,(04)：84-86”中通过实验研究钢管热处理后钢管的硬度和组织，来控制钢管的质量，但该实验方法一是只能通过几组实验进行分析，没有普遍性；二是实验成本高，改变工艺参数进行实验在实际生产中难以实现；三是没有提出焊缝热处理缺陷如何产生的，故没有预测机制。公开号CN105740536A的中国专利公开了一种对直缝焊管中频热处理过程进行动态仿真的模拟方法，该仿真方法将感应线圈的运动代替实际生产中焊管的运动，编写了基于ANSYS APDL语言的宏文件库，但该方法没有对在线热处理缺陷进行研究，没有总结预测热处理质量的通用方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法，该方法内容包括以下步骤：

步骤1，在ANSYS中建立焊管焊接过程高精度的电-磁-热多场耦合预测模型，包括管坯、焊接加热线圈、导磁体和空气，进行耦合计算后，得到呈“沙漏”形的温度场；

步骤2，在ANSYS中建立焊管中频热处理过程高精度的电-磁-热多场耦合预测模型，包括管坯、中频热处理线圈和空气，进行耦合计算后，得到呈“倒三角”形的温度场；

步骤3，提取步骤1“沙漏”形的温度场中温度值为980℃的节点坐标，提取步骤2“倒三角”形温度场中温度值为920℃与980℃的节点坐标，将上述3组节点坐标与钢管内、外表面2组坐标经处理后平移至以焊缝中心为z轴、以焊缝外表面顶点为y轴的坐标系中；

步骤4，将平移后的上述5组坐标分别输入MATLAB，通过二项式，即y＝Az²+Bz+C,拟合出焊接热源边界方程，其中A、B、C为常数，通过椭圆的方程，即y²/a+z²/b＝1分别拟合出热处理过程920℃、980℃边界方程，其中a、b为常数且a＞b＞0，通过圆的方程，即(z+c)²+y²＝r²拟合出钢管内外表面边界方程，其中c，r为常数；