Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,MohammadReza Forouzan
احمد کرمانپور (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Mokhtari
علی مختاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387
Nowadays using large diameter seam welded pipes in order to transfer oil and gas between cities or countries is greatly increased. Because of the high speed and efficiency of submerged arc welding (SAW), this method is widely used in production of spiral (SSAW) and direct seam pipes (LSAW). The quality control of the welded pipes usually consists of a hydrostatic test in which water is pumped into the pipe. Cold bending of large diameter pipes is depended to the local topology. Bend angle and curvature is limited in cold bending. This process is generally performed at the assembly site with special pipe bending machine based on three roll bending. The main goal of this dissertation is to study the effect of welding residual stresses in cold bending process of large diameter pipes. Therefore, a good estimation of welding residual stress fields in the whole length of the pipe is needed.In the first step of the present study, three-dimensional model of submerged arc welding in spiral and direct seam pipes are simulated by using Ansys commercial software. A decouple thermal-mechanical model is developed in welding simulations and Thermo-physical and mechanical properties used for welding simulations are depending on the temperature. In thermal analysis, the weld heat source model based on the Goldak’s double-ellipsoid power density distribution was applied. After the thermal model was analyzed and the temperature history was achieved, the mechanical model was investigated. Finally the welding residual stress distributions were calculated. After welding simulations, the effect of hydrostatic test process in decreasing the residual stresses is evaluated. The welding simulation in spiral pipe is validated using hole drilling measurements performed before and after hydrostatic test in this research. Then residual stresses are determined according to ASTM standard E837. Comparison between residual stress distributions which measured by experimental and the numerical analysis, are shown that obtained results from the FE simulations are in relatively good agreement with the experimental measurements. Also the results of this research show that applying a hydrotest pressure after welding process can reduce welding residual stresses up to 70%.In the second step, residual stress and strain fields which have been obtained in the former step, are generalized to the whole length of LSAW and SSAW pipes. Then the effect the resulted residual stresses of welding process are surveyed on the bending of LSAW and SSAW pipes and geometrical defects such as pipe ovality. Results show that the spiral seam pipes are more sensitive to bending ovality than direct seam pipes. Key words: Spiral pipe, Direct seam pipe, Submerged arc welding, Hole-drilling method, Residual stress, Hydrostatic test, Cold bending.
در سال‌های اخیر با افزایش تقاضای انتقال انرژی، تکنولوژی طراحی و ساخت لوله‌های فولادی درزدار توسعه‌ی چشمگیری یافته است. لوله‌های درزجوش مستقیم و اسپیرال دو روش عمده در تولید لوله‌های درزدار محسوب می‌شوند که در تولید آنها معمولاً از روش جوشکاری زیرپودری به خاطر سرعت و بازدهی بالااستفاده می‌شود. در صنعت به منظور کنترل کیفیت جوش، با استفاده از فشار آب در فرآیند هایدروتست تنش‌های پسماند ناشی از جوش را کاهش می‌دهند. کاهش تنش‌ها در فرآیند هایدروتست می‌تواند باعث افزایش عمر لوله شده و احتمال بروز عیوبی همچون خوردگی تنشی و خستگی را کاهش دهد. حین عملیات احداث خطوط لوله، توپوگرافی مسیر ایجاب می‌نماید که درصدی از لوله‌ها نیاز به خمکاری داشته باشند. این خمکاری عمدتاً در محل نصب خطوط لوله و توسط ماشین‌آلات مخصوصی تحت عنوان ماشین خمکاری و به روش سرد و بر مبنای روش خمکاری سه‌غلتکی انجام می‌شود. هدف اصلی در تحقیقِ حاضر تعیین تأثیرات تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری بر روی فرآیند خمکاری سرد لوله‌های قطور است. از این رو بدست آوردن تخمینی مناسب از میدان تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری در کل لوله ضروری می‌باشد. بدین منظور در گام نخست فرآیند جوشکاری قوسی زیرپودری لوله‌های درزجوش مستقیم و اسپیرال X70 به کمک نرم‌افزار اَنسیس در مقیاس سه‌بعدی شبیه‌سازی شده است. در مدل جوشکاری از آنالیز غیر مستقیم استفاده شده و خواص ترموفیزیکی و مکانیکی فولاد به صورت متغیر با دما تعریف شده است. در این تحلیل، مدل منبع حرارتی بر اساس توزیع دوبیضوی چگالی توان گُلداک ارائه شده است. پس از تحلیل حرارتی و دستیابی به تاریخچه‌ی دمایی، مدل مکانیکی بررسی و سپس توزیع تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری به دست آمده است. نتایج حاصله نشان داد که تنش‌های پسماند طولی در نزدیک خط جوش کششی هستند. پس از شبیه‌سازی جوشکاری، تأثیر فرآیند هایدروتست به منظور کاهش تنش‌های پسماند جوشکاری ارزیابی شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی شبیه‌سازی‌های انجام شده، توزیع تنش‌های پسماند قبل و بعد از فرآیند هایدروتست در لوله‌های اسپیرال توسط روش کرنش‌سنجی سوراخ و بر اساس استاندارد ASTM-E837 بدست آمده است. تطابق بسیار خوبی بین تنش‌های پسماند بدست‌آمده از نتایج آزمایشگاهی و روش المان محدود وجود دارد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که بارگذاری هایدروتست در لوله‌های درزجوش مستقیم و اسپیرال توانسته است تا 70% تنش‌های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری را کاهش دهد. در مرحله دوم تنش‌ها و کرنش‌های پسماند از طول محدود به کل لوله‌ی درزجوش مستقیم و اسپیرال توسعه یافته و تأثیر تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری (بعد از انجام هایدروتست) در خمکاری لوله‌های اسپیرال و درزجوش مستقیم و عیوب هندسی حاصله از جمله دوپهنی لوله بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد عیوب هندسی همچون دوپهنی در خمکاری لوله‌های اسپیرال نسبت به لوله‌های درزجوش مستقیم، به میزان بسیار ناچیزی افزایش یافته است. واژه‌های کلیدی : لوله اسپیرال، لوله درزجوش مستقیم، جوشکاری زیرپودری، روش کرنش‌سنجی سوراخ، تنش پسماند، هایدروتست، خمکاری سرد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی