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进入21世纪以来,石油天然气工业迅速发展,油套管和油气输送管线的需求随之增加,这大大推动了国内冶金行业和钢管加工行业的发展,也推动了焊管成型工艺的研究。在这种背景下,国内ERW焊管产量增长很快,但是国内的高端产品发展并不快。ERW焊管有很多优点,例如壁厚均匀、尺寸精度高、生产率高、综合力学性能和抗压性能好、射孔不裂等。正因为这些优点,ERW管具有很大的市场竞争力和发展潜力。
高频电流存在临近效应和集肤效应,ERW焊管正是利用高频电流的这两个性质来加热管坯边缘,使其迅速达到焊接温度,经挤压、焊接而成。目前,ERW焊管正在进入原来的无缝钢管应用领域,在石油、天然气、煤气、矿浆和水等长距离输送流体和油井套管等领域已应用广泛。所以,研究ERW焊管的加工工艺和成型过程,以及研究加工和成型工艺过程对焊管质量及机械性能的影响有重要意义。
本文首先介绍了ERW焊管的诸多特点和国内外的生产、应用、发展情况;简要介绍了ERW焊管成型机组;对ERW焊管的成型工艺和各项成型参数做了分析研究,对ERW焊管成型原理以及管坯参数的确定做了阐释,并分析了成型过程中出现或者可能出现的情况;介绍了塑性变形理论和样条有限条法,从理论角度上分析了ERW焊管成型过程中管坯应力应变的变化情况;运用ANSYS中的LS-DYNA显式动力学分析模块,对ERW焊管的辊弯成型过程进行全过程仿真,通过仿真结果来研究ERW焊管加工成型过程中的应力应变情况;最后,对高钢级的ERW焊管用板材进行了实验室开发以及工艺技术的研究,通过对各种钢材成分、性能、组织、硬度,以及热处理工艺和金相组织的分析,得到了最优的调质条件,达到了实验室开发以及研究工艺技术的目的。测试了ERW管的部分机械性能,对成品焊管进行取样,分别作拉伸试验、压扁试验以及弯曲试验。
本文将ERW焊管辊弯成型的理论分析、成型流程仿真以及高钢级的ERW焊管用板材实验室开发和工艺技术研究相结合,研究了ERW焊管辊弯成型的全过程,为改进和发展ERW焊管生产工艺打下了基础。