科创中国

行业领域

新能源及节能技术

需求背景

      我国幅员辽阔, 各种能源资源在地域分布上都具有不同程度的不平衡性, 如水资源东多西少、南多北少, 石油天然气等东少西多……为满足各地的能源需求, 就有了西气东输这样的能源输送工程。管道作为现代五大运输方式之一, 承担着我国能源输送的重要任务, 70%的原油、99%的天然气需要依靠管道运输, 因而石油天然气管道被称为能源输送的“命脉”。我国现已有规模较大、跨国境和跨区域的输油气干线管网, 对我国的经济发展、促进民生、社会安定和国防建设正发挥着重要的保障作用。尽管石油天然气管道输送便捷, 降低了物流成本, 而且大大提高了输送的安全系数。但其安全性仍然是很重要而紧迫的问题。

需解决的主要技术难题

      绿色能源输送管网生产线及核心装备的研发需要解决两方面的关键技术，一是对母材焊接杂质分离的方法；二是柔性加工成套装备的研发, 三是可靠的焊管质量评价和焊管呈现缺陷预测。具体如下：

(1)扩径-矫直复合加工单元的结构优化和性能提升。

(2)通过参数化设计，建立融合多领域知识模具数字化设计与性能仿真平台。

(4)建立基于IIMI的数据采集和故障诊断云技术健康保障技术。

(4)明确钢管中夹杂物对卷曲缺陷的影响机理，建立基于钢管中夹杂物特征参数的卷曲缺陷预测模型。

(5)确定钢中非金属夹杂物特征参数对钢管焊接热影响区及焊缝性能的影响规律。

期望实现的主要技术目标

1、健全基于云技术的健康保障技术。建立基于HM1的数据釆集和故障诊断系统，通过4G/WIFI云监控平台 实现生产线的远程控制和信息共享，对异常情况进行报警并以多种通信方 式，及时通知本地监控管理服务器和相关管理人员，使设备生产厂家能够 远程掌握产线运行状态，提升产线的生产效率和管理效能；远程维护定期 提醒功能，能够防止产线老化，延长产线生命周期；远程监控设备运行的 报表，能够了解消耗和产出，从而提高产线的物料管理效能。

2、扩径-矫直复合加工单元的结构优化和性能提升。研究扩径模具两维运动误差补偿技术，控制扩径拉杆的轴向变形对扩径模具径向运动精度的影响，建立模具径向运动和拉杆轴向拉伸变形误差的补偿机制，将扩径后钢管直径精度提高，开发专用工装夹具，保证扩径 模具的成品率达到***%；利用扩径塑性变形过渡区的金属软化，优化设 计复合和连续矫直机构，通过不断完善互联信息和自诊断系统，从而提升扩径-矫直智能化控制水平，进一步提升加工效率和产品达标率。

3、数字化设计与性能仿真平台。基于成组技术建立融合多领域知识的产品族模型，通过参数化设计， 基于CAD/CAE系统开发扩径机模块化设计软件形成产品快速开发平台；并 构建基于Matlab/Simulink平台的多领域仿真模型，通过热、力学等机械 特性分析，优化设计参数，实现产品配置的性能预测，提高成套装备的高 效设计能力，能够针对钢管口径、壁厚及钢级的多样化需求，为客户快速 量身打造各规格制管成套装备。

4、钢中夹杂物对钢管卷曲缺陷的影响机理及预测。钢中各类夹杂物与基体具有不同的物性参数，在制管过程中，夹杂 物周围产生的张应力和压应力会导致管内形成裂纹源，危害钢管的连续 性，甚至导致钢管失效。本部分结合企业造管规格和品种(选择代表性的 3个品种、3个规格)，釆用原貌分析技术、夹杂物自动扫描、超声显微镜 等技术手段，建立不同规格焊管材料中夹杂物特征(数量、类型、形貌、 尺寸、分布)数据库，在此基础上釆用Ansys模拟平台建立钢中夹杂物处 征参数与钢基体作用关系模型，预测不同制管工艺条件下钢基体中夹杂物 与基体作用界面残余应力及基体裂纹源形成的临界条件，为钢管过程钢基 体中夹杂物导致的基体缺陷和裂纹源的预测预报提供方法。

5、钢中夹杂物特征对钢管焊缝性能的影响规律及评价模型。在4研究的基础上，结合企业造管规格和品种（选择代表性的3 个品种、3个规格），针对不同焊缝工艺钢管的焊接热影响区进行洁净度评估和夹杂物特征解析，在实物分析基础上建立数值模型，将不同特征夹杂物植入到钢管焊接的特征位置，研究不同焊接工艺条件下焊接区中析出 物、夹杂物的形成、析出、演变规律，以及夹杂物对焊接区性能的影响规律，预测焊接工艺和钢种洁净度对焊缝性能的影响规律。

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