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q345b方管边界条件及网格划分
作者:q345b  来源:本站  发表时间:2021-4-18  点击:381

q345b方管边界条件及网格划分
 
具安装方便、流通介质通畅的优点。通常钢管扩口的制作方法为冷态机械膨胀,q345b方管边界条件及网格划分技术领域:本发明涉及q345b方管端部扩口工艺方法。采用钢管套接喇叭口结构。最常用的冷态制作方法是采用上下模具挤压扩张管口和滚模挤压管端扩口。前一种方法除必须配备大吨位的油压机外,模具的制作成本高,且不适用于较q345b方管的端部扩口;后一种方法则只适用于较小口径薄壁钢管的端部扩口。本发明的目的针对上述问题,提出一种q345b方管端部扩口工艺方法,其能精确控制厚壁钢管端部扩口的直径、长度以及过渡段长度,且费用低、制作简便。本发明首先将钢管的端部利用中频感应加热,加热温度控制在850度~900度,然后采用专用扩管装置进行扩制。本发明扩管时,采用工件旋转,滚模压头对工件滚压,形成端口扩张。本发明采用中频加热滚压工艺,设备、q345b方管模具要求不高,单一模具可用于钢管直径1米至5米、厚度小于等于65毫米的各种厚薄钢管的端部扩口;对于直径大于5米、厚度大于65毫米的钢制管道端部扩口同样适用。本发明大大降低了生产成本,且制作简便安装方便。利用ANSYS软件建立了电磁感应加热的电磁-热耦合数值模型,对大直径321不锈钢厚壁钢管的焊前感应预热瞬态温度分布进行了模拟分析。研究了感应线圈中不同电流大小、频率以及不同感应加热方式作用下不锈钢管的温度分布情况,通过调节电流参数和感应加热作用方式使得感应预热后不锈钢管温度达到120±10)℃的预热工艺要求。结果表明:采用间隔20s加热10s,且感应电流频率10kHz、大小750A的加热工艺为最佳感应预热工艺。


   


电磁-热数学模型本工作研究对象为16mn方管,其外径为2170mm,壁厚50mm。不锈钢管焊前首先沿径向开60°单V坡口,点焊固定,然后采用电磁感应预热,当不锈钢管坡口周围的温度达到预热要求后,再进行MIG对接焊。感应加热时将两匝线圈环绕在筒件外壁,线圈与筒件之间用厚10mm的保温棉相隔,不锈钢管及感应加热方式如图1所示。焊前预热工艺要求不锈钢管在感应加热后坡口中心线两侧120mm局部内的温度为(120±10)℃。边界条件及网格划分在电磁场计算过程中,施加磁力线平行条件,保证管件中部的磁力线与筒件轴向平行。温度场计算时,近远场空气单元都设为无效,只考虑不锈钢管温度场。不锈钢管处于流体介质中,与周围的空气之间存在对流换热,因此采用第三类边界条件λTxnx+λTyny+λTznz=βTα-T(s。6)其中:铝管β为表面换热系数(W·m2·℃)1)Tα为周围介质温度(℃)Ts为不锈钢管边界温度(℃)由于焊前预热时坡口并未被熔融金属填充,因此需要考虑坡口处的传热问题。本研究中假设单V坡口两侧的钝边紧密接触,不存在热阻;V型坡口内物质为空气,只考虑不锈钢管外壁面与空气的对流导热。考虑到筒件的中心对称性,为了提高计算效率,将模型简化为二维模型进行计算。电磁场模型中采用plane233单元,计算过程中采用不均匀网格划分,其中线圈、保温棉、不锈钢管以及近场空气采用网格细化,远场空气采用较大网格自由划分,共有36330个节点,15943个单元。温度场模型中采用plane77单元,重新划分不锈钢管网格,划分结束后共有13361个节点,4300个单元。不锈钢管有限元网格的划分如图2所示。


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