X80管线钢三丝埋弧焊纵向残余应力数值模拟

基于ANSYS软件建立了X80管线钢(Nb-Mo系)三丝埋弧焊的三维热力耦合数值模型。研究三丝埋弧焊接头温度与焊后纵向残余应力的分布情况,以及焊接工艺参数(焊接速度、焊丝间距)对三丝埋弧焊接头应力场分布的影响。计算结果表明:焊接是一个温度急剧变化的过程,温度的分布不均匀是导致残余应力出现的主要原因。焊后最高纵向残余应力存在于焊缝区,在边界处纵向残余应力趋于0。增大焊接速度或焊丝间距均会引起焊后纵向残余应力的升高。使用盲孔法测量焊缝附近一些点的纵向残余应力,测量结果与模拟结果基本吻合。     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.     

窄间隙埋弧焊热—力耦合有限元建模及残余应力分析

窄间隙埋弧焊是厚板焊接的常用方法,分析窄间隙埋弧焊焊接过程中工艺参数对温度与残余应力的分布与演变规律对于指导实际生产具有重要意义。本文通过建立窄间隙埋弧焊热—力耦合有限元模型,分析了焊接速度对焊件温度场和残余应力场的影响规律。     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

焊接顺序对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响研究

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域两条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中不同焊接顺序对焊接残余应力及其释放的影响。计算结果表明:两条路径上的焊接残余应力受焊接顺序影响较大;工况一和工况四的初始横向和纵向焊接残余应力较小;加载50次拉伸循环载荷之后,工况一的横向和纵向焊接残余应力释放率最大,应力数值最小。     

焊前预热对康复器械用铝合金焊接残余应力的影响

运用Abaqus有限元软件对康复器械用6061-T6薄板的MIG对接焊进行模拟,通过盲孔法测量实际焊接试样残余应力。研究了不同预热焊接工艺对铝合金焊接残余应力的影响。室温下的实验结果与模拟结果吻合良好,验证了计算模型的正确性。模拟结果表明,焊前预热能够明显减小焊缝附近的纵向残余应力,对横向残余应力影响较小;预热温度越高,残余应力消除效果越好;预热后采用降低热输入的焊接工艺的消除残余应力效果要好于预热后增加焊接速度的焊接工艺。     

有限元分析热物理参量对焊接残余应力峰值特征的影响

利用非线性有限元方法对平板TIG焊进行了数值模拟.使用随温度变化的材料热物理参量,采用双椭球热源模型,研究了热导率、比热容及密度三个热物理参量对焊接残余应力的影响.结果表明,热导率降低可使焊接残余应力升高,纵向残余应力峰值会从双峰特征过渡到单峰特征;比热容降低可使焊接残余应力峰值降低;密度增大可使焊接残余应力增加,纵向残余应力峰值的双峰效应逐渐减弱;因此,热导率、比热容和密度3个参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为2024—T4的铝合金平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.     

低合金钢厚板窄间隙激光焊接过程数值模拟

基于有限元软件ABAQUS对70 mm厚低合金钢板窄间隙双面激光焊接过程进行了数值模拟。首先根据激光焊接的特点,采用热流密度线性衰减的高斯圆柱热源和该高斯圆柱热源模型与高斯面热源的复合热源模型对激光填丝多道焊进行温度场仿真,得到了和试验焊接接头形貌相吻合的温度场分布。在此基础上,根据实际焊接试验的边界拘束条件,模拟得到了试件三个方向的纵向残余应力和横向残余应力分布,模拟结果表明:在厚度方向,横向残余应力和纵向残余应力均沿着初始焊道上下近似呈对称分布。在初始焊道处均有着最大的压应力,随着离初始焊道距离的增加,压应力逐步变化到较高拉应力再逐渐减小。     

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

针对金属结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题,以一种对焊钢制梁为例,采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形.结果表明,钢制梁焊后存在较大的残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力.以焊接结果为初始条件,分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响,结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力,因此焊接残余应力不能...     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件,采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析,并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件，采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析，并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。     

喷丸改善Q235B对接焊接头残余应力场的有限元分析

以Q235B钢板对接焊接头残余应力场为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立焊接接头喷丸模型,研究喷丸改善焊接接头残余应力情况。首先通过焊接模型得到Q235B对接焊接头的温度场和残余应力场,然后将提取的焊接残余应力结果作为初始条件导入到喷丸模型中,对比喷丸处理前后焊接接头的残余应力。结果表明:有限元焊接模型能较准确地模拟Q235B钢板的焊接过程,焊后残余拉应力集中在焊缝及其周边,焊件过渡区表面无论横向还是纵向均存在较大的残余拉应力。通过适当的喷丸表面处理,焊件过渡区表层的残余拉应力变为压应力,随着弹丸速度和弹丸直径的增加,过渡区表面残余压应力、最大残余应力、最大残余应力深度和残余压应力层深均有所增加。在喷丸覆盖率为100%情况下,增加弹丸直径能在焊件过渡区产生更利于疲劳性能的残余应力场,而增加速度对残余应力场的改善则不如增加直径明显。     

IN738高温合金TIG对接焊温度场及残余应力场数值模拟

采用MSC.Marc有限元分析软件,研究不同焊接电流条件下IN738高温合金TIG对接焊的温度场及残余应力场分布规律。结果表明:焊接电流正相关影响焊接过程的最高温度、熔池尺寸以及残余应力值;焊缝中心线截面表面,横向残余应力和纵向残余应力均为拉应力;焊件中截面表面,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,在热影响区达到最大,在远离焊缝区转变为压应力,而横向残余应力相对较小,均为拉应力。     

AH36薄板不同焊接工艺下应力的三维数值模拟

通过建立三维有限元模型,对不同焊接条件下6 mm厚AH36钢薄板焊接残余应力峰值和分布进行了数值计算和试验研究.结果表明,在冷却方式相同的情况下,焊接应力峰值与热输入相关,采用混合焊方法的试样应力较大;在焊接方法相同的情况下,不同冷却方式的纵向焊接应力分布规律不同.与常规焊相比随焊激冷改善了焊接残余应力场分布,尤其是降低了残余拉应力峰值.为验证有限元模拟结果的准确性,采用相同参数进行焊接试验,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用三维有限元模拟技术可以掌握不同焊接条件下焊接应力演变规律,为控制焊接残余应力提供了依据.     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.     

X90M管线钢多丝直缝埋弧焊接模拟与分析

以大型通用有限元软件ABAQUS作为模拟分析工具,基于施加在DFLUX子程序中的双椭球热源模型,采用间接耦合方式和“生死单元”算法,模拟X90M钢板内、外三丝直缝埋弧焊接过程,获得了相应的焊接温度场及残余应力场。结果表明：内、外多丝直缝埋弧焊接在焊接工艺参数一定的条件下,每丝的起始焊接时间（或焊丝间距）决定是否形成共同熔池;多丝共熔池焊接因多热源温度场叠加作用剧烈,熔池峰值温度高于多丝单熔池焊接时的,较高的焊接温度场使得焊接过程中能够较为充分地进行冶金反应,且有效降低焊接接头及其附近的冷却速度,使得多丝共熔池焊接形成的焊接接头的焊后残余应力也相对较小。在兼顾质量和生产效率的前提下,X90M多丝直缝埋弧焊接生产实践推荐采用多丝共熔池焊接工艺。     

背反射增效激光X形焊缝焊接残余应力的数值分析

以1.5 mm厚的TC4钛合金薄板为对象,建立了背反射增效激光焊接成形过程的三维瞬态有限元模型,基于熔池温度场通过间接耦合方式获得了X形焊接成形的应力场.结果表明,在常规激光焊接仅能获得V形焊缝的激光工艺参数下,背反射增效激光焊接可获得对称性好的X形焊缝;同时,其焊缝上表面纵向残余应力与常规激光焊接基本一致,但其焊缝下表面纵向残余应力较常规激光焊接要大,且达到了上表面纵向残余应力相同的水平;此外,不同线能量下背反射增效激光焊纵向残余应力的变化很小,表明背反射增效激光焊接的线能量对其焊接残余应力影响的敏感度较低.     

船用5083铝合金焊后热处理的有限元计算

5083铝合金焊接结构广泛应用于船舶领域,尤其是高速船舶以及相应配套设施。然而因其线胀系数较大往往导致较大的焊接残余应力,增大热裂纹倾向,影响焊接结构强度。为减小5083铝合金焊接残余应力,本文采用了焊后热处理工艺。应用有限元分析软件Marc建立了5083铝合金平板对接TIG焊模型以及焊后热处理模型,对焊接及焊后热处理进行了模拟,计算出不同热处理温度下的焊接残余应力,得到热处理温度与焊接残余应力的规律。计算结果表明,焊后热处理能明显减小焊件残余应力,当热处理温度为560℃时,焊件的纵向残余应力与等效残余应力均达到最小值。     

固态相变对P91钢激光对接接头残余应力的影响

基于SYSWELD软件,模拟了P91钢激光对接焊时的温度场和焊接残余应力,并探讨了固态相变产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响. 数值模拟结果表明,体积膨胀和屈服强度变化对焊接残余应力的大小与分布有显著的影响; 相变塑性在相变过程中有"应力松弛"效应,对焊缝和热影响区的纵向和横向残余应力的值有一定程度的影响. 对比数值模拟结果与试验结果可知,采用文中建立的有限元模型计算得到的残余应力与中子法测量得到的结果基本吻合,在考虑相变塑性的情况下,计算结果与实测值吻合更好.     

核用SA508-3钢特厚板焊后热处理有限元分析

为了得到SA508-3钢特厚板焊接残余应力分布及焊后热处理对残余应力分布的影响,利用有限元方法对焊接及焊后热处理进行了模拟计算,计算结果表明:焊后热处理对试板焊接应力分布趋势影响较小,但焊后热处理可以大大减小接头应力数值,其中,纵向应力最大减小幅度为72%,横向应力最大减小幅度为70%;焊接接头存在应力分布准稳定区,且接头内部残余应力水平最小,其次为接头上表面,接头下表面应力水平最大;通过残余应力测定试验与模拟结果比对,两者结果吻合度很高,说明计算模型及计算方法可靠,可以指导实际SA508-3钢特厚板焊后热处理生产.