[发明专利]一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法

摘要

本发明公开一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法，该方法主要步骤为：在ANSYS中求解出焊接过程“沙漏”形的温度场；在ANSYS中求解出热处理过程“倒三角”形的温度场；提取“沙漏”形温度场中980℃的等温线、“倒三角”形温度场中920℃和980℃的等温线与钢管内、外表面轮廓线，并且在MATLAB中进行曲线拟合；将5条曲线导入同一坐标系进行匹配，求出各种热处理缺陷面积大小；以缺陷面积率k作为量化检测焊缝缺陷的技术指标，预测焊缝质量。本发明分析了一种区别于常规加热缺陷的隐性缺陷，通过有限元软件进行数值分析，缩短研究周期，节约成本，有助于提高焊管在恶劣环境服役的可靠性，也适应了未来热处理向精密化和绿色化方向发展的需求。

主权项

一种焊接钢管焊缝在线热处理缺陷的预测方法，其特征在于：包括以下具体步骤：步骤1，在ANSYS中建立焊管焊接过程高精度的电‑磁‑热多场耦合预测模型，包括管坯、焊接加热线圈、导磁体和空气，进行耦合计算后，得到呈“沙漏”形的温度场；步骤2，在ANSYS中建立焊管中频热处理过程高精度的电‑磁‑热多场耦合预测模型，包括管坯、中频热处理线圈和空气，进行耦合计算后，得到呈“倒三角”形的温度场；步骤3，提取步骤1“沙漏”形的温度场中温度值为980℃的节点坐标，提取步骤2“倒三角”形温度场中温度值为920℃与980℃的节点坐标，将上述3组节点坐标与钢管内、外表面2组坐标经处理后平移至以焊缝中心为z轴、以焊缝外表面顶点为y轴的坐标系中；步骤4，将平移后的上述5组坐标分别输入MATLAB，通过二项式，即y＝Az2+Bz+C,拟合出焊接热源边界方程，其中A、B、C为常数，通过椭圆的方程，即y2/a+z2/b＝1分别拟合出热处理过程920℃、980℃边界方程，其中a、b为常数且a＞b＞0，通过圆的方程，即(z+c)2+y2＝r2拟合出钢管内外表面边界方程，其中c，r为常数；步骤5，在MATLAB同一坐标系下，输入步骤4拟合出的5个边界方程，将焊接过程中温度大于980℃的焊接热影响区定义为焊接过热区，将焊接过热区与中频热处理温度大于920℃的区域进行匹配，根据上述5个边界方程围成的区域，将焊接过热区内低于920℃的区域称为加热盲区，将超出焊接过热区范围无需热处的区域称为加热重复区，将在中频热处理过程热处理温度超过980℃的区域称为加热过度区；步骤6，用MATLAB分别计算出各区域的面积，加热盲区面积记为Sm，加热重复区面积记为Sc，加热过度区面积记为Sq，焊接过热区面积记为Sr；步骤7，热处理缺陷面积包括加热盲区、加热重复区和加热过度区，以缺陷面积率k作为量化检测焊缝缺陷的技术指标，k＝S/Sr×100％，其中S为热处理缺陷面积，分别计算各缺陷区域占焊接过热区的百分比对焊缝在线热处理缺陷进行预测。