差厚拼焊管內(nèi)高壓成形規(guī)律研究.pdf

1、差厚拼焊管內(nèi)高壓成形是用不同壁厚的焊接管材做為坯料，通過在管材內(nèi)施加液體壓力把管材成形為所需形狀的零件。它可實(shí)現(xiàn)變厚度空心變截面構(gòu)件成形、優(yōu)化材料分配，提高設(shè)計自由度，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。本文研究了差厚拼焊管內(nèi)高壓成形的塑性變形規(guī)律，給出了成形過程中不同厚度管材的變形特征及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，揭示了差厚拼焊管成形的焊縫移動規(guī)律及壁厚分布規(guī)律。
　　研究了脹形過程中薄壁管和厚壁管的幾何形狀差異，分析了焊縫位置和壁厚差異對拼焊管膨脹率的影響

2、規(guī)律，并通過塑性理論闡述了差厚拼焊管開裂壓力的變化規(guī)律。結(jié)果表明：差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形時，薄壁管的幾何形狀為橢球形，厚壁管的幾何形狀為圓錐形。薄壁管的膨脹率始終大于厚壁管的膨脹率。增大厚壁管占比例或減小拼焊管的壁厚差異可降低薄壁管和厚壁管間的膨脹率差異。差厚拼焊管的開裂壓力介于薄壁管和厚壁管的開裂壓力之間，并隨著厚壁管占比例的增大而增大。從理論上證明了薄壁管越短，脹形時其軸向曲率半徑越小，薄壁管所能承受的脹形壓力增大。從而可降低薄壁管與

3、厚壁管間的膨脹率差異。
　　給出了脹形過程中薄壁管、厚壁管和焊縫的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和各應(yīng)力分量之間的大小關(guān)系，并分析了焊縫位置和壁厚差異對應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：差厚拼焊管內(nèi)高壓成形時薄壁管中部首先進(jìn)入塑性變形，然后自管坯中部向兩側(cè)同時擴(kuò)展，而厚壁管靠近焊縫一端先進(jìn)入塑性變形，隨著內(nèi)壓的增大，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)展至另一端。脹形過程中薄壁管、厚壁管和焊縫同為雙拉應(yīng)力狀態(tài)。薄壁管的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力比始終大于1/2，而厚壁管和焊

4、縫的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力比始終小于1/2。焊縫位置和壁厚差異變化時，拼焊管各區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)保持不變。脹形過程中拼焊管環(huán)向均為拉應(yīng)變狀態(tài)，但軸向應(yīng)變狀態(tài)不同，薄壁管軸向處于拉應(yīng)變狀態(tài)，而厚壁管靠近焊縫區(qū)域軸向處于壓應(yīng)變狀態(tài)。
　　通過對焊縫移動過程的分析，揭示了焊縫移動規(guī)律及其對塑性變形的影響，給出了拼焊管內(nèi)高壓成形時的軸向應(yīng)變分布特征。指出差厚拼焊管內(nèi)高壓成形時焊縫發(fā)生移動，移動方向?yàn)橛杀”诠芤粋?cè)移向厚壁管一側(cè)。焊縫移動起始于厚壁管

5、開始膨脹變形時刻，終止于焊縫處管坯貼模。壁厚差異越大，焊縫移動量越大。當(dāng)厚壁管占比例小于65％或厚壁管與薄壁管的壁厚比大于1.6時，焊縫移動集中發(fā)生在薄壁管貼模的中后期，導(dǎo)致焊縫兩側(cè)的軸向應(yīng)變急劇增大。并從理論上證明了焊縫發(fā)生移動的力學(xué)機(jī)理為壁厚差異導(dǎo)致薄壁管的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力比大于1/2，而厚壁管的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力比小于1/2，進(jìn)而導(dǎo)致整個成形過程中，薄壁管軸向始終處于拉應(yīng)變狀態(tài)而發(fā)生伸長變形，厚壁管靠近焊縫區(qū)域軸向始終處于壓應(yīng)變

6、狀態(tài)而發(fā)生壓縮變形，從而引起焊縫移動。
　　分析了差厚拼焊管內(nèi)高壓成形的壁厚分布規(guī)律。指出差厚拼焊管內(nèi)高壓成形時薄壁管的減薄率大于厚壁管的減薄率。薄壁管越靠近焊縫區(qū)域減薄率越大，而厚壁管越靠近焊縫區(qū)域減薄率越小，焊縫附近減薄率發(fā)生突變。拼焊管的壁厚差異越大，薄壁管和厚壁管的減薄率差異越大。增大拼焊管中厚壁管占比例，可一定程度上提高減薄率分布均勻性。薄壁管和厚壁管處于不同的軸向應(yīng)變狀態(tài)且焊縫移動集中發(fā)生在薄壁管貼模的中后期是引起減薄