(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210773696.6 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610000 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 彭星煜　周德志　杨彪　叶丰　 张立江　符珉瑜　 (74)专利代理 机构 成都瑞创华盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51270 专利代理师 辜强 (51)Int.Cl. B23K 9/00(2006.01) B23K 9/095(2006.01) G06F 30/23(2020.01)G06Q 10/04(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) B23K 101/06(2006.01) (54)发明名称 基于有限元的双金属复合管焊接残余应力 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于有限元的双金属复 合管焊接残余应力预测方法， 包括如下步骤： S1、 明确管道规格、 基层材料、 衬层材料及焊接填充 材料； S2、 结合现场实际焊接工艺参数， 明确所采 用的焊接工艺， 焊接参数包括焊接电流、 电弧电 压、 焊接速度、 焊接 热输入； S3、 基于 FEM方法对实 际双金属复合管对接接头进行一比一建模， 数值 模拟焊接过程； 数值模拟时， 焊接工艺参数与实 际焊接一致； S4、 根据模拟结果， 判断焊接接头的 残余应力大小及分布规律。 本发 明可以预测在焊 接双金属复合管时产生的残余应力的分布和大 小， 通过在焊接前预测的残余应力的分布和大 小， 从而减小因残余应力过大而导致的应力腐蚀 开裂的事故 发生。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115121905 A 2022.09.30 CN 115121905 A 1.一种基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1、 明确管道规格、 基层材 料、 衬层材 料及焊接填充材 料； S2、 结合现场实际焊接工艺参数， 明确所采用的焊接工艺， 焊接参数包括焊接电流、 电 弧电压、 焊接 速度、 焊接热输入； S3、 基于FEM方法对实际双金属复合管对接接头进行一比一建模， 数值模拟焊接过程； 数值模拟时， 焊接 工艺参数与实际焊接一 致； S4、 根据模拟结果， 判断焊接 接头的残余应力大小及分布规 律。 2.根据权利要求1所述基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法， 其特征在 于， 所述步骤S2中， 焊接热输入 采用式(1 ‑1)计算： Q＝ ηUI/ ν                        (1‑1) 在式(1‑1)中， Q为焊接热输入； η为焊接热效率， 取值为0.7； U为电弧电压； I为焊接电 流； ν 为焊接 速度。 3.根据权利要求2所述基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法， 其特征在 于， 在步骤S3中， 数值模拟时， 在预处理设置中添加边界条件和参数， 热传导分析的初始条 件是构件在焊接前的初始温度分布， 在没有 预热处理的情况下， 初始温度与 环境温度相同， 然后进行 数值计算。 4.根据权利要求3所述基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法， 其特征在 于， 在步骤S 3中， 在计算焊接应力场时， 将温度场计算结果以热载荷的形式加载到应力计算 模型中， 然后采用热弹塑性有限元法进行力 学分析， 弹性变形遵循Hooke定律， 其大小与 弹 性模量有关， 塑性变形符合Von ‑Mises定律， 当材料等效应力达到固定值时屈服， 固定值大 小与应力状态无关。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115121905 A 2基于有限元的双金属复合管焊接 残余应力预测方 法 技术领域 [0001]本发明涉及焊接技术领域， 特别是一种基于有限元的双金属复合管焊接残余应力 预测方法。 背景技术 [0002]双金属复合钢管是将镀锌钢管或焊管、 无缝钢管和壁厚更薄的耐蚀合金管， 强力 嵌合在一起的新型复合管材， 也是更理想更先进的管道升级换代产品。 双金属复合钢 管兼 有内层优良的耐蚀性能， 外层钢 管较高的刚度和强度， 性价比优良。 因此， 双金属复合管在 石油石化领域具有广阔的使用前景。 但在硫化氢等腐蚀环境下， 应力的存在会导致应力腐 蚀开裂， 导致应力腐蚀开裂的应力主要来自生产、 焊接及装配过程， 且一般为拉应力， 而拉 应力又以焊接等过程产生的残余应力为主， 约占应力腐蚀事故的80％。 焊接是双金属复合 管应用的重要环节， 为减少 应力腐蚀开裂事故的发生， 减小焊接残余应力已成为双金属复 合管安全应用的迫切需求。 发明内容 [0003]为解决现有技术中存在的问题， 本发明提供了一种基于有限元的双金属复合管焊 接残余应力预测方法， 可以预测在焊接双金属复合管时产生的残余应力的分布和大小， 通 过在焊接前预测的残 余应力的分布和大小， 从而减小因残余应力过大而导致的应力腐蚀开 裂的事故 发生。 [0004]本发明采用的技 术方案是： [0005]一种基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法， 包括如下步骤： [0006]S1、 明确管道规格、 基层材 料、 衬层材 料及焊接填充材 料； [0007]S2、 结合现场实际焊接工艺参数， 明确所采用的焊接工艺， 焊接参数包括焊接电 流、 电弧电压、 焊接 速度、 焊接热输入； [0008]S3、 基于FEM方法对实际双金属复合管对接接头进行一比一建模， 数值模拟焊接过 程； 数值模拟时， 焊接 工艺参数与实际焊接一 致； [0009]S4、 根据模拟结果， 判断焊接 接头的残余应力大小及分布规 律。 [0010]优选的， 所述 步骤S2中， 焊接热输入 采用式(1 ‑1)计算： [0011]Q＝ ηUI/ ν   (1‑1) [0012]在式(1‑1)中， Q为焊接热输入； η为焊接热效率， 取值为0.7； U为电弧电压； I为焊接 电流； ν 为焊接 速度。 [0013]优选的， 在步骤S3中， 数值模拟时， 在预处理设置中添加边界条件和参数， 热传导 分析的初始条件是构件在焊接前 的初始温度分布， 在没有预热处理的情况下， 初始温度与 环境温度相同， 然后进行 数值计算。 [0014]优选的， 在步骤S3中， 在 计算焊接应力场时， 将温度场计算结果以热载荷的形式加 载到应力计算模型中， 然后采用热弹塑性有限元法进行力学分析， 弹性变形遵循Hooke定说　明　书 1/5 页 3 CN 115121905 A 3