塑性工程学报：焊缝管液压胀形模拟建模及变形规律的研究
2023-03-04【作 者】杨连发;孙克锐
【引 言】
焊缝管因具有生产成本低 、效率高 、品种多和质量高等特点 ，在液压胀形中的应用愈来愈广泛[1-2] 。焊缝管中的焊缝 、热影 响区 (HAZ) 的材料特性与基体的材料特性不 同，对液压胀形过程有较大的影响[3-4]。目前 ，确定焊缝和热影响区材料特性的方法主要有纯拉伸实验法 、混合准则法和经验公式法 3种 。Galdos等[5]利用电火花切割方法 ，在高频电阻焊管的焊缝 附近依次切取宽度为 1．5mm的拉伸试样 ，通过纯拉伸实验 ，直接获取焊缝和热影响区的流动应力曲线 。纯拉伸实验 法的不足之处是拉伸试样 的制备 比较 困难 ，且获得的材料拉伸特性对试样宽度很敏感[6] 。Kim 等[7]通 过分别对基体材料 、混合材料 (包含有焊缝及部分基体)的拉伸实验，应用混合准则法来建立热影响区的流动应力。
Roque等[8]基于焊缝及热影响区的显微硬度分布 ，用经验公式获取热影响区的平均流动应力 ，但没有考虑热影响区不同位置材料的流动应力的差异这一因素 。
另一方面，在对焊缝管的液压胀形进行数值模拟时，模拟模型通常只考虑焊缝与基体的材料特性差异，而忽略热影响区的存在或假定整个热影响区的材料特性相同，这样势必造成较大的误差[9-10]。
本文基于显微硬度分布规律 ，确定焊缝管热影响区的流动应力，建立包含焊缝及热影响 区的焊缝管液压胀形的有限元数值模拟模型，结合液压胀形实验 ，分析焊缝管液压胀形的变形规律。
【结 语】
探讨了 STKM11A焊缝管液压胀形的数值模拟的建模方法 ，通过数值模拟和实验研究 ，对焊缝管的液压胀形变形规律进行了探 讨 ，得出如下主要结论 ：
1)基于显微硬度分布及经验公式法确定热影响区的流动应力 ，然后通过分片方式建立 的包含焊缝及热影 响区的数 值模拟模 型 ，在预测有缝管液压胀形时的截面轮廓形状 、壁厚分布 、极限载荷、潜在破裂位置方面，比其他常规模拟模型更加精确 。
2)STKM11A焊缝管液压胀形后截面轮廓形状一般不能保持为圆形 ，在变形前期 ，与焊缝呈 90º和 180º。方向的径向胀形量较大 ，而在变形后期 ，与焊缝呈 0º和 180º方向的径向胀形量较大 。
3)STKM11A焊缝管液压胀形后的周向壁厚分布不均匀，最小壁厚位于靠近管材基体的热影响区内，此处也是管材潜在的破裂位置 。
以下是正文：
