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收稿：2024-09-18，
修回：2024-10-21，
纸质出版：2025-09-20
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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。
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.
杨锋平 ， 程飞 ， 张鸿博 ， 等 . 油气管道环焊缝失效案例与全尺寸试验分析 ［J］. 石油管材与仪器 ， 2022 ， 8 （ 04 ）： 80 - 84 .
YANG F P ， CHENG F ， ZHANG H B ， et al . Failure Case and Full Scale Test of Oil and Gas Pipeline Girth Weld ［J］. Petroleum Tubular Goods & Instruments ， 2022 ， 8 （ 04 ）： 80 - 84 .
甘正红 ， 赵海林 ， 李学达 ， 等 . 低合金高强度钢焊接热影响区性能研究现状及改善措施 ［J］. 焊管 ， 2024 ， 47 （ 06 ）： 7 - 16 .
GAN Z H ， ZHAO H L ， LI X D ， et al . Research Status and Improvement Measures of Welding Heat Affected Zone Properties of Low Alloy High Strength Steel ［J］. Welded Pipe and Tube ， 2024 ， 47 （ 06 ）： 7 - 16 .
周昶 ， 黄乐庆 ， 韩承良 ， 等 . 焊接热输入对S420ML钢焊接接头组织及断裂韧性的影响 ［J］. 上海金属 ， 2023 ， 45 （ 06 ）： 12 - 18 .
ZHOU C ， HUANG L Q ， HAN C L ， et al . Effect of Welding Heat Input on Microstructure and Fracture Toughness of Welded Joint of S420ML Steel ［J］. Shanghai Metals ， 2023 ， 45 （ 06 ）： 12 - 18 .
李光 ， 徐学利 ， 张骁勇 ， 等 . X100管线钢焊接热影响区不同区域的显微组织与冲击韧性 ［J］. 机械工程材料 ， 2023 ， 47 （ 09 ）： 41 - 45+56 .
LI G ， XU X L ， ZHANG X Y ， et al . Microstructure and Impact Toughness of Different Regions of Welding Heat-Affected Zone of X100 Pipeline Steel ［J］. Materials for Mechanical Engineering ， 2023 ， 47 （ 09 ）： 41 - 45+56 .
朱海山 ， 徐连勇 ， 曹健 ， 等 . t8/5对X100管线钢热影响区粗晶区断裂韧性的影响 ［J］. 焊接 ， 2021 （ 03 ）： 5 - 12+61 .
ZHU H S ， XU L Y ， CAO J ， et al . Effect of t8/5on fracture toughness of CGHAZ of X100 pipeline steel ［J］. Welding & Joining ， 2021 （ 03 ）： 5 - 12+61 .
石红昌 ， 苏兰 ， 黄安明 . 特厚板GMAW和SAW的焊接热影响区宽度 ［J］. 大型铸锻件 ， 2022 （ 06 ）： 35 - 39 .
SHI H C ， SU L ， HUANG A M ， et al . GMAW and SAW Welding Heat-affected Zone Width for Extra Heavy Plate ［J］. Heavy Casting and Forging ， 2022 （ 06 ）： 35 - 39 .
麻永林 ， 白庆伟 ， 贺鸿臻 ， 等 . SS400钢中厚板焊接热影响区宽度的有限元分析 ［J］. 机械工程材料 ， 2015 ， 39 （ 10 ）： 95 - 100 .
MA Y L ， BAI Q W ， HE H Z ， et al . Finite Element Analysis for Welding HAZ Width of SS400 Medium Steel Plate ［J］. Materials for Mechanical Engineering ， 2015 ， 39 （ 10 ）： 95 - 100 .
隋永莉 ， 王鹏宇 . 中俄东线天然气管道黑河—长岭段环焊缝焊接工艺 ［J］. 油气储运 ， 2020 ， 39 （ 09 ）： 961 - 970 .
SUI Y L ， WANG P Y . Girth welding technology used in Heihe-Changling Section of China-Russia Eastern Gas Pipeline ［J］. Oil & Gas Storage and Transportation ， 2020 ， 39 （ 09 ）： 961 - 970 .
Dong P ， Song S ， Pei X . An IIW residual stress profile estimation scheme for girth welds in pressure vessel and piping components ［J］. Welding in the World ， 2016 ， 60 （ 2 ）： 283 - 298 .
刘向臻 ， 刘龙杰 . 不同体热源模型对T型接头焊接温度场的影响 ［J］. 农业装备与车辆工程 ， 2021 ， 59 （ 06 ）： 55 - 59 .
LIU X Z ， LIU L J . Influence of Different Body Heat Source Models on Welding Temperature Field of T-joint ［J］. Agricultural Equipment & Vehicle Engineering ， 2021 ， 59 （ 06 ）： 55 - 59 .
Dongliang Y ， Chuan Y ， Qiaofei S ， et al . Impact of process parameters on temperature and residual stress distribution of X80 pipe girth welds ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2023 ， 203 ： 104939 .
王传财 ， 高作文 ， 权力伟 . 薄壁铝合金T形结构MIG焊接热源复合模型的构建与模拟 ［J］. 电焊机 ， 2023 ， 53 （ 01 ）： 25 - 30 .
WANG C C ， GAO Z W ， QUAN L W . Construction and Simulation of a Hybrid Heat Source Model for MIG Welding of Thin-Walled Aluminum Alloy T-Joints ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 01 ）： 25 - 30 .
张忠发 ， 朱亮 ， 蔡淑娟 . 热输入对X70管线钢焊接热影响区组织和韧性的影响 ［J］. 电焊机 ， 2015 ， 45 （ 09 ）： 29 - 33 .
ZHANG Z F ， ZHU L ， CAI S J . Effect of Heat Input on Microstructure and Toughness of Weld Heat-Affected Zone in X70 Pipeline Steel ［J］. Electric Welding Machine ， 2015 ， 45 （ 09 ）： 29 - 33 .
周祯童 . X80管线钢焊接温度—应力场数值模拟及实验研究 ［D］. 新疆 ： 新疆大学 ， 2021 .
ZHOU Z T . Simulation and Experimental study on welding temperature-stress field of X80 pipeline steel ［D］. Xinjiang ： Xinjiang University ， 2021 .
蒋伟 . 焊接工艺对X80钢临氢管线环焊接头残余应力与氢富集的影响 ［D］. 青岛 ： 中国石油大学（华东） ， 2019 .
JIANG W . Effects of welding procedure on residual stress and hydrogen enrichment in girth joints of hydrogen-containing gas transmission X80 steel pipeline ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum（East China） ， 2019 .
Yan C ， Liu C ， Yan B . 3D modeling of the hydrogen distribution in X80 pipeline steel welded joints ［J］. Computational Materials Science ， 2014 ， 83 ： 158 - 163 .
刘春涛 . X80管线钢激光电弧复合焊的流场数值模拟 ［D］. 河北 ： 石家庄铁道大学 ， 2016 .
Liu C T . Flow Field Numerical Simulation of X80 Pipeline Steel During Laser Arc Hybrid Welding ［D］. Hebei ： Shijiazhuang Tiedao University ， 2016 .
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