[发明专利]对直缝焊管中频热处理过程进行动态仿真的模拟方法

说明书

本发明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，包括:a)控制库，用来控制参数库中宏文件的执行顺序；b)参数库，包括线圈在不同位置时的建模参数以及载荷参数；c)环境库，用来建立电磁分析和热分析两个物理环境所需的几何模型、网格划分、载荷施加和求解类型等；d)计算库采用DO循环进行感应加热过程的电磁‑热耦合计算，并将求解结果存储到数据库中。与现有仿真技术相比，本发明可对直缝焊管中频热处理过程进行动态仿真，模拟更加贴近现实；仅通过修改参数，可以模拟工厂各种生产工艺；整个仿真过程以ANSYS软件为平台，自动化运行，操作简单，方便工厂技术人员掌握和使用。

技术领域

本发明属于感应热处理研究领域，涉及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。

背景技术

感应热处理技术是利用感应涡流的热效应，使工件在很短的时间内加热到所需要的温度。由于其具有节能、快速加热及可对工件进行局部淬火等优点，该技术被广泛应用于冶金机械、石油钻机和汽车制造等工业领域。焊接钢管的冶金质量和使用性能取决于管体钢材的冶金质量、制管焊接的工艺技术以及焊缝的热处理三个因素。随着高强度、高韧性焊管的广泛应用，对焊缝的冶金质量要求会更为严格。因此对直缝焊管进行中频热处理的研究是很有意义的。

焊管的使用性能是由管体和焊缝两部分金属的性能综合评定的，任何一方的最弱项都将决定焊管的使用性能。焊管在进行高频焊接时，管坯边缘的温度急剧升高，在焊缝附近区域产生很大的温度梯度。如不进行中频热处理，焊接冷却后加热区会形成硬而脆的粗晶粒组织，同时产生很大的残余应力，使焊缝区的组织性能与管体产生很大的差别，这严重影响了焊管的使用寿命并存在重大的安全隐患。为此，在实际的生产过程中，焊管经过高频焊接后都需要进行中频热处理，以此来消除焊缝区与母材之间的性能差异。

直缝焊管在实际生产中是一个连续的过程，焊管在经过高频焊接后直接进行在线感应热处理，整个生产过程焊管一直沿轴向做匀速运动。对直缝焊管中频热处理工艺进行模拟仿真主要分为两种方法：一种是根据位移(s)＝速度(v)×时间(t)，将求解与位移有关的问题转化为求解在恒定速度下的时间问题；另一种是热源平移法，通过把电磁分析的热源作为载荷进行移动，以此模拟工件和感应器的相对运动。第一种仿真方法对程序的设计和编辑要求较低，目前应用较为广泛。但是整个仿真过程没有感应线圈和焊管之间的相对运动，没有充分考虑焊缝处轴向方向的热传导，因此这种仿真方法存在一定的误差。第二种仿真方法简化了电磁场和温度场的耦合过程，在材料磁导率或电导随温度变化很大的情况下采用此方法时会带来极大误差。

由于焊缝热处理过程是高频焊管生产过程中一个必不可少的工艺，考虑到焊缝的最终质量受诸多工艺参数的影响，因此采用有限元法对在不同工艺参数下进行热处理后的焊缝质量进行预报模拟，以便在生产过程中采取相应的工艺参数保证焊缝质量。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种基于ANSYS的对直缝焊管中频热处理过程进行动态仿真的模拟方法。本发明是将感应线圈进行步进式移动，线圈在某一位置加热完毕后步进到下一位置。这种仿真方法通过感应线圈和焊管之间的相对运动，实现了动态模拟，更加贴近真实的生产情况，故该方式是今后进行动态仿真的主流。这种仿真方法由于感应线圈的不断移动，因此要多次进行重新建模、网格划分、创建物理环境、求解等。仅依靠人工来实现以上工作内容，费时费力，因此设计一套程序，使计算机自动完成整个仿真过程的计算显得尤为重要。

为了解决上述存在的技术问题，针对将感应线圈进行步进式移动进行感应加热的过程，本发明是通过以下技术方案实现的：

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，该方法内容包括以下步骤：

步骤1，执行控制库程序，该控制库程序是依据参数库内宏文件的执行顺序进行编写的；