随着制管技术的不断发展,油气长输管线在我国能源战略中发挥着越来越重要的作用。规模空前的“西气东输”工程启动后,国产直缝埋弧焊管正式投入使用,带动了国内制管水平的不断发展。建设中的LNG(液态天然气)、海上石油等项目在给国产直缝埋弧焊管行业提供了发展的契机的同时,其高钢级,大直径,大壁厚的使用需要也对焊管质量和性能提出了更高的要求。残余应力水平是衡量直缝埋弧焊管质量的重要指标。残余应力及其引起的变形严重影响管道承载强度,同时作为焊接裂纹的主要诱因之一,成为管道安全使用的重大隐患。直缝焊管生产中的扩径工艺不仅可以满足对管道的几何尺寸精度要求,同时能有效的降低在成型和焊接过程产生的残余应力,提高了管道的使用和安全性能。本文针对机械扩径工艺对消除焊管成型和焊接残余应力的作用和效果进行了分析。以弹塑性变形理论和热-弹塑性理论为基础,利用有限元分析分析软件ANSYS对国产X80直缝埋弧焊管成型、焊接和扩径三个过程进行模拟计算,取得了以下成果:1)建立了直缝埋弧焊管成型、焊接和机械扩径三个生产工艺的三维有限元模型。分别以弹塑性大变形理论、接触摩擦理论、热-弹塑性理论以及回弹理论为基础,对成型、焊接和扩径这三个主要工艺进行了全程模拟,得到了直缝埋弧焊管在各个工艺中的残余应力分布特征。2)对带有成型和焊接残余应力的直缝埋弧焊管管坯模型进行了不同扩径率下的机械扩径工艺模拟,得到不同扩径率下,X80直缝焊管扩径后周向和轴向残余应力分布。通过不同扩径率下扩径前后残余应力比对分析了扩径率在消除直缝埋弧焊管残余应力中的作用和影响。3)对国产X80直缝埋弧焊管进行了残余应力测试,实测结果与理论计算结果较为吻合。证明本文中针对直缝埋弧焊管生产工艺的建模和计算工作能准确的反映实际过程,具有很强的现实意义。研究结果表明:机械扩径具有消除成型和焊接残余应力的作用。扩径后,管体残余应力峰值明显降低,管壁上的残余应力分布趋于平缓。在所研究的扩径范围内,扩径率越大消应效果越好。对于所研究的X80直缝埋弧焊管,从兼顾消应效果和保护材料塑性的角度出发,选用1.2%的扩径率最为适宜。