摘 要
建立了适用于高强度海洋平台桩腿齿条厚板氧乙炔切割的预热热源与燃烧热源叠加的新型复合热源模型。确定了热源模型中各类参数，应用Jmatpro 计算NV E690 的热物理性能参数，并根据金属学的知识，对计算结果进行修正。利用大型弹塑性有限元分析软件ANSYS 数值模拟桩腿齿条厚板的切割过程，并与实际加工实测数据对比，验证了材料的热物理性能及热源模型的可靠性。
0 引 言
世界各国经济在快速发展，对能源的需求越来越大，海底油田的开发已从浅海向深海、冰海区域拓展，因而对海洋平台制造的材料和技术的要求也越来越高[1]。例如海洋钻井平台桩腿已采用屈服强度690MPa 以上的Z 向钢制造，最大厚度达到210mm[2]。对于这种高强度、大厚度板材的切割是一个复杂热加工过程，涉及传热学、材料冶金学、固体力学和流体力学等众多学科，还涉及到材料和切割气体之间的复杂作用。
目前，厚度大于100mm 的高强钢板主要还是靠氧乙炔气体来切割。然而切割后的边随着钢板的自然冷却会产生收缩应力，严重时将产生较复杂的变形。另一方面，作为焊接生产的第一道加工工序，引起的残余应力和应变将直接影响下一道工序——焊接装配的质量。因此对切割热力学性能的研究对于提高海洋平台的安全可靠性和装配精度具有重要的现实意义。
目前国内外切割数值模拟研究主要以激光切割或薄板的氧气切割研究为主[3-13]，高强度、大厚度板材氧气切割的数值计算和模拟尚属空白。而高强度、大厚度海洋平台桩腿板材的切割只有氧气切割才能胜任。相对于其他切割方法，如等离子弧切割（以高温高速的等离子弧为热源将被切金属局部熔化并蒸发，由高速气流将已熔化的金属吹离母材而形成狭窄切口的一种切割方法，是利用物理过程的熔割法），氧气切割具有良好的切割效率和低切割成本。氧气切割的实质是被切割的材料加热到燃点以后在纯氧气中燃烧的过程，不是融化或者蒸发过程，切割过程形成不均匀温度场，伴随着热应变和局部塑性变形，切割过程中热影响区宽，残余应力和变形明显。海洋平台桩腿板材的火焰切割在我国尚处于起步阶段，需要更多的实验研究和理论分析。我国建造的海洋平台桩腿齿条大多从国外进口，在国内进行焊接组装；为国外组装的海洋平台的升降齿条也多来自于海外。因此对海洋平台高强度大厚度板材的切割变形和残余应力产生的机理等需要开展深入研究，为施工工艺的改进提供理论基础和技术支持。
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