环焊缝打磨平台关键结构有限元分析.pdf

焊接技术

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.05.009

环焊缝打磨平台关键结构有限元分析

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何亚章，刘剑，崔文勤，付宇，马晨祥

1.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津300451

2.中国石油集团海洋工程有限公司油气生产技术分公司，天津300451

3.天津工业大学天津市现代装备技术重点实验室，天津300387

摘要：为满足油气长输管道工程施工及验收规范的要求，管道焊缝余高应在0~3mm内，向母材平滑过渡。

目前环焊缝大多依靠人工打磨，效率低且质量不稳定。现依托自动打磨系统，设计研发了环焊缝打磨平台。将

角磨机转速和进给速度作为实验变量设计单因素实验，探究环焊缝打磨平台在打磨过程中所承受力的变化范

围，得出法向力、轴向力和径向力的峰值为78、54、20N。为了提高打磨平台的稳定性，采用Abaqus软件进

行有限元仿真分析，对轴向进给模块的结构进行优化设计。对绕管道爬行模块的辅助轴与安装轨道接触应力进

行求解，寻求安装轨道的合理壁厚。结果表明：辅助轴的增加改善了模块的应力分布，应力峰值减少6.26%，

平均应力减少53.14%；轨道壁厚应不小于3.06mm。

关键词：环焊缝打磨；有限元分析；结构优化

Finiteelementanalysisofkeystructuresofgirthweldgrindingplatform

HEYazhang，LIUJian，CUIWenqin，FUYu，MAChenxiang11233

1.CNPCResearchInstituteofEngineeringTechnology,Tianjin300451,China

2.WellServicesBranchofCNPCOffshoreEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China

3.TianjinKeyLaboratoryofModernMechatronicsEquipmentTechnology,TiangongUniversity,Tianjin300387,China

Abstract：Tomeettheconstructionandacceptancespecificationsofoilandgaslong-distancepipelineengineering,theresidualheight

ofthepipelineweldshouldbewithin0~3mm,andthetransitiontothebasemetalshouldbesmooth.Atpresent,girthweldingismostly

donebyhand,whichresultsinlowefficiencyandunstablequality.Now,agirthweldgrindingplatformhasbeendesignedanddeveloped

basedontheexistingautomaticgrindingsystem.WiththerotationspeedandfeedspeedoftheAnglegrindertakenasexperimental

variables,asingle-factorexperimentwasdesignedtoexplorethevariationrangeoftheplatform´sbearingforceduringgrinding,andthe

peakvaluesofthenormalforce,axialforce,andradialforcewere78,54and20N,respectively.Toimprovethisplatform´sstability,a

finiteelementsimulationanalysisbyAbaqussoftwarewascarriedoutandthestructureoftheaxialfeedmodulewasoptimized.The

contactstressbetweentheauxiliaryshaftandthemountingtrackofthecrawlingmodulearoundthepipelinewassolvedtoseekthe

reasonablew