X80管线钢管端环焊缝电弧增材梯度强化结构设计与性能优化研究

来源：机械与电子杂志2026年第02期北京时间：

作者：张博1;蒋庆梅2;王经2;董继鲁3;蔡志钦3;肖望强3

单位： (1.国家石油天然气管网集团有限公司建设项目管理分公司,河北 廊坊 065001;
2.国家管网集团工程技术创新有限公司,天津 300450;
3.厦门大学航空航天学院,福建 厦门 361102)

摘要：针对X80管线钢管端环焊缝强度韧性失配导致的失效风险,提出了基于电弧增材制造的梯度强化方法,通过优化环焊缝外侧增材层的几何参数及工艺路径,实现应力集中与残余应力的协同调控。首先开展管端增材加厚区尺寸优化设计,通过正交试验确定关键几何参数对应力应变分布的调控作用;其次基于热力相多场耦合理论,建立包含生死单元激活算法的二维动态有限元模型,采用双椭球热源表征电弧增材热力耦合效应,揭示管端增材成形机制及其对环焊缝力学性能的调控规律。实验结果表明,管端采用增材层长度L=150 mm,管壁厚t=30%,过渡角θ=150°增材加厚区尺寸优化后,环焊缝区屈服强度稳定于550 MPa,但混合区冲击功显著提升,热影响区(HAZ)强度跃升至590 MPa,母材横向屈强比较高,存在一定塑性劣化与脆化风险。

关键词：X80管线钢;环焊缝;电弧增材制造;梯度强化;有限元模型