Research on the Predictive Model for the HAZ Width of Girth Welds in Fully Automated Welding of X80M Pipelines

ZHANG Xiaoqiang; WU Juanhui; JIANG Qingmei; LI Yan; ZHEN Ying; CAO Penghao

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.09.06

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Research on the Predictive Model for the HAZ Width of Girth Welds in Fully Automated Welding of X80M Pipelines
Vol. 55, Issue 9, Pages: 69-79(2025)
Received：18 September 2024，

Revised：2024-10-21，

Published：20 September 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.09.06
稿件说明：

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张小强，吴娟慧，蒋庆梅，等.X80M管道全自动焊环焊缝热影响区宽度预测模型研究［J］.电焊机，2025，55（9）：69-79. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.09.06.

ZHANG Xiaoqiang, WU Juanhui, JIANG Qingmei, et al.Research on the Predictive Model for the HAZ Width of Girth Welds in Fully Automated Welding of X80M Pipelines[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(9): 69-79. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.09.06.

摘要

焊接热影响区是焊接接头最薄弱的区域，目前，多数研究集中在环焊缝不同特征区域的强韧性分布规律的精确表征和掌握，对焊接热影响区宽度的研究较少。基于D1219×22 X80M管线钢全自动焊接工艺，建立管道环焊缝有限元模型，结合单双焊炬工艺编写热源子程序；利用生死单元技术模拟不同焊层焊接过程，分析热循环曲线，并与实际焊接试验进行对比，验证模型的准确性；通过改变焊接电流大小进而调节热输入，确定热影响区宽度的温度区间，测出各焊层在不同热输入下热影响区宽度，观察其变化规律。结果表明，热影响区宽度随焊接热输入的增加近似呈线性增加，因此在管道环焊缝焊接过程中需合理选择焊接热输入的大小；根据各焊层在不同热输入下的热影响区宽度，建立热影响区宽度预测模型，并进行验证，试验测量值和预测模型计算值的相对误差均小于20%，说明了预测模型的可靠性，为实际焊接过程提供可靠的参考数据。

Abstract

During the welding process

various regions within the heat-affected zone (HAZ) undergo different thermal cycles

resulting in significant microstructural changes

making the HAZ the weakest area of the welded joint.Currently

most research focuses on the precise characterization and understanding of the distribution patterns of strength and toughness in different characteristic regions of girth welds

while there is relatively little focus on the HAZ width.This study is based on the fully automated welding process of D1219×22 X80 pipeline steel

wherein a finite element model (FEM) of the pipeline girth welds was developed. A heat source subroutine was written to incorporate both single and dual torch welding processes.The birth-death element method was employed to simulate the welding process of different layers. The thermal cycle curves were studied and analyzed

and the results were compared with actual welding experiments to verify the model's accuracy.By adjusting the welding current to regulate heat input

the temperature range associated with the width of the HAZ was determined

the width of the HAZ was measured for each weld layer under different heat inputs

and the variation trend was observed: the width of the HAZ increased approximately linearly with increasing heat input. Therefore

it is necessary to choose the appropriate size of welding heat input during the welding process of pipeline girth welds. Based on the measured HAZ widths of each weld layer under various heat inputs

a predictive model for the HAZ width was established and validated.The relative error between the experimental measurements and the predicted values from the model was less than 20%

confirming the reliability of the predictive model and providing valuable reference data for actual welding processes.

关键词

Keywords

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