影响高频直缝焊接不锈钢管的质量因素有哪些

 高频直缝焊接不锈钢管的质量取决于焊接质量，而要保证焊接质量，就必须优化匹配焊接参数，得到合理的感应加热温度场，控制其残余应力大小，才能进一步保证焊缝的组织性能。目前，对于高频焊接残余应力和影响因素的研究还不够深入。

 浙江至德钢业有限公司建立了直缝焊接不锈钢管高频焊接成型的三维有限元模型，利用高频感应加热的磁—热双向耦合，得到了热影响区的三维温度场分布，以此作为高频焊接热源，通过加载高频热源得到焊接温度场，经过间接法模拟计算，得到了整个管体高频焊接的温度场和残余应力场，并分析残余应力的分布规律。具体的研究成果如下：

 1. 针对直缝焊接不锈钢管高频感应焊接没有一个固定的移动热源，模拟求解时不能选取ANSYS的典型热源模式，而是利用程序控制的物理环境法实现了磁—热耦合，在ANSYS软件中建立了管坯感应加热的三维有限元模型。通过模拟计算，得到了V角边缘热影响区的温度分布，以此作为求解应力场加载的热源。

 2. 根据高频焊接成型的温度条件，选取恰当的温度截面，记录每一个点的温度值和坐标值，利用数组程序实现焊接热源的加载，求解整体管温度场并且记录每一步温度场，以此作为求解残余应力场的载荷。

 3. 通过二次开发程序控制实现了高频感应加热的温度场—应力场双向耦合，选择恰当的时间步，利用间接耦合法求解了高频感应焊接的残余应力场。

 4. 通过后处理得到温度场和残余应力场的变化规律，模拟结果表明仅在焊缝和热影响区存在较大的残余应力，这与浙江至德钢业有限公司的焊接不锈钢管研究所分析研究结论基本一致。利用有限元分析能得到精确的残余应力变化规律。通过残余应力路径分析，上下表面残余应力值相差很小，且基本分布规律一致。另外焊缝附近轴向残余应力较大，其中有些数值接近材料的屈服强度。

  至德钢业在以上几方面取得了一定的阶段性成果，达到了课题研究的预期目标。但由于高频不锈钢焊管感应焊接的残余应力涉及领域较多，与本论文研究相关的很多问题还有待于进一步研究，如：目前各种材料力学性能参数比较缺乏，特别金属材料在高温阶段的参数还是空白；高频感应焊接移动热源的求解目前还没有研究；高频焊接残余应力的形成原因及规律趋势没有理论支持；不同焊接参数对高频感应焊接残余应力的影响研究等等。总之，直缝焊接不锈钢管高频感应焊接残余应力的模拟研究是一项非常有意义的工作，其任务也非常艰巨，今后还有待于进一步深入研究。