随着地下燃气管道的广泛使用,实际工程中不可避免地应用到在役燃气管道带压改线技术。目前我国带压管道改线技术只是基于过去积累的经验,缺乏对整个改造工程科学、量化的数据支持。因此,本课题将对天津市某带压燃气管道改线工程进行系统的研究与校验,主要考察焊接过程中燃气管道内壁的温度和焊接力学行为。本课题首先针对带压管道改线中的环焊缝制定合理的焊接工艺参数,包括:焊接方法,焊接材料的选择、焊接接头的尺寸及热处理方法等。主要用到的试验方法为拉伸试验、刻槽试验、宏微观金相试验和硬度测试。焊接工艺确定后,应用有限元软件ANSYS对这种方式下的带压管道改线焊接过程进行模拟。焊接过程包含了热学和力学两种问题,所以选择有限元数值模拟方法的热-应力耦合法对改线问题进行模拟。同时,又由于焊接过程是一个不均匀的瞬态非线性热输入问题,为了得到精确模拟结果,本文选择了间接耦合方法分别对3MPa,4MPa和5MPa管道内压情况下的模型进行热学数值计算,对3MPa和4MPa内压下的模型进行了力学数值计算,其中对焊接过程应用了“生死单元”这个功能。在热学与力学耦合部分,为了协调二者网格疏密程度不一致问题,本文应用了ANSYS的BFINT功能对体载荷进行插值运算。最终发现三种内压下进行的带压改线焊接,对于所采用的手工电弧焊接工艺,燃气管道内壁的最高温度为755℃,低于Battelle的982℃,即施工过程中不会发生烧穿现象。同时,由于管道的对流系数会随着管道压力的升高而升高,因此燃气管道的内壁温度随之降低。通过分别对3MPa管道内压进行模拟发现,焊接过程中的最大等效应力为327MPa,小于母材的屈服强度360MPa。改线焊接结束后,管道恢复供压时的4MPa时,管道的最大等效应力提高到337MPa,依然符合安全要求。另一方面,两种内压下,管道发生的最大位移均小于1mm界限,也符合安全经验标准。因此,针对本文研究的管道结构,在3MPa下进行带压燃气管道的改线施工是一种安全合理的选择。