钎缝厚度对不锈钢板翅结构蠕变的影响

利用有限元软件ABAQUS,建立不锈钢板翅结构高温蠕变的有限元计算模型,讨论钎缝厚度对蠕变的影响.结果表明,钎缝厚度对蠕变的影响很大.由于钎料和母材力学性能的不匹配,导致不锈钢板翅结构产生了复杂的残余应力.随着钎缝厚度的变化,残余应力发生变化,从而对蠕变产生影响.在钎缝区域,随着钎缝厚度增加,焊态残余应力降低,导致蠕变应变降低,接头强度提高.在垂直于隔板的翅片区域,钎缝厚度对焊态残余应力没有影响,蠕变变化很小.在隔板区域,随着钎缝厚度增加,焊态残余应力降低,导致蠕变应变降低.研究结果为不锈钢板翅结构高温强度设计提供参考.     

不锈钢板翅结构蠕变的有限元分析

基于有限元软件ABAQUS,利用Norton蠕变本构关系及镍基钎料BNi-2和不锈钢母材SS304在600℃的蠕变参数,对不锈钢板翅结构进行蠕变有限元分析,预测其在高温环境下服役105h的应力、应变分布规律和危险位置.利用有限元分析获得了板翅结构在钎焊过程中产生的残余应力的分布规律,讨论了残余应力对蠕变变形的影响.结果表明,由于钎料和母材力学性能参数的不匹配以及钎焊夹具的约束作用,产生了较大的残余应力,对板翅结构的蠕变变形产生较大影响,故在板翅结构的高温强度设计中,残余应力不可忽略.钎角处蠕变应力和应变集中,易萌生裂纹,成为最薄弱的环节.     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力及其高温蠕变松弛行为三维有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,对不锈钢板翅结构在钎焊过程中产生的残余应力及其高温下的蠕变松弛行为进行三维有限元分析,得到了残余应力的变化规律.结果表明,由于镍基钎料BNi-2和不锈钢母材304力学性能的差异以及夹具的约束作用,钎焊后在接头处产生了较大的残余应力.在高温环境下,由于蠕变松弛,残余应力大幅度下降.在蠕变稳态阶段,钎缝处仍然存在一定的残余应力;钎角处蠕变应力和应变集中,易萌生裂纹,成为最薄弱环节.研究结果为板翅结构的高温强度设计提供参考.     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力及其影响因素

利用有限元软件ABAQUS,对不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力进行有限元分析,讨论钎缝间隙,隔板厚度、翅片内距、翅片内高,翅片厚度、钎焊温度、翅片层数、材料匹配程度以及压力对残余应力的影响.计算结果表明,由于镍基钎料和不锈钢母材力学性能的不匹配,在钎焊接头中产生了较大的残余应力.钎角处应力集中且状态复杂,成为最薄弱环节.钎缝间隙、隔板厚度、翅片内距、翅片厚度、材料匹配程度以及压力是残余应力的主要影响因素,钎焊温度、翅片层数以及翅片内高对残余应力的影响不大.     

板翅结构钎焊残余应力与热变形的有限元分析

对微小尺寸的镍基钎焊不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力分布与热变形状况进行研究分析.采用有限元方法对三层结构的钎焊过程进行了热-力分析,分析考虑真空钎焊的加热特点同时考虑板翅材料和镍基钎料与温度相关的材料特性,得到了钎焊过程中结构的温度变化规律以及钎焊后的残余应力分布和热变形特征.结果表明,隔板与翅片具有不同的热变形特征,板翅钎焊接头钎角处应力状况复杂,易萌生裂纹导致板翅结构的失效,需要选择合适的钎焊时间以得到较好的钎焊接头.     

钎焊及其设备

不锈钢板翅结构钎焊残余应力对蠕变的影响；Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料／Cu钎焊接头界面反应；基于残余应力分布优选钎焊CBN磨粒出露高度；燃气用铜管的钎焊连接技术；联接微型零件的方法[编者按]     

保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.     

基于神经网络的不锈钢板翅结构钎焊残余应力预测

由于影响不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力因素较多,这给残余应力的预测带来很大的困难,为此,本文提出一种基于神经网络的不锈钢板翅结构钎焊残余应力预测方法.通过对不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力进行有限元分析,获知影响残余应力的主要因素,以构造神经网络的输入向量,建立不锈钢板翅结构钎焊残余应力的预测模型,并采用该模型对不锈钢板翅结构钎焊工艺过程进行仿真,结果表明该预测方法较快速有效地预测不锈钢板翅结构钎焊残余应力.     

金属/陶瓷发热体直接钎焊接头的应力分析

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,分析了采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊Al2O3陶瓷与镍金属丝的钎焊接头,在钎焊和随后再次加热过程中产生的应力大小和分布情况,计算中着重考虑了钎料对接头残余应力的影响.结果表明,在钎料与陶瓷的界面处存在着较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度,并可能在界面的陶瓷侧产生裂纹.通过试验对比,认为在此类连接结构中,钎料是造成接头形成较大残余应力的主要因素.并指出钎料性能参数是决定有限元计算精度的主要因素,要使计算结果与实际情况尽量符合,钎料性能参数的正确选择是关键.     

304不锈钢钎焊板翅结构疲劳断裂机理分析

对304不锈钢板翅结构进行疲劳试验,分析疲劳断裂机理.疲劳裂纹从上钎角萌生,然后向翅片扩展,最终导致失效.在钎焊过程中,钎角处生成了较多的脆性化合物,且钎角处应力高度集中,使得裂纹从钎角萌生.疲劳裂纹的扩展经历了4个阶段:(1)裂纹在循环载荷作用下,在钎角脆性化合物启裂;(2)裂纹启裂后,在循环载荷作用下,沿钎角扩展;(3)裂纹跨越钎角和固溶体组织的界面,沿固溶体组织扩展;(4)裂纹跨越翅片和固溶体的界面,进入翅片区域扩展,直至完全断裂.     

Finite element modelling of brazed residual stress and its influence factor analysis for stainless steel plate-fin structure

This paper presents a finite element modelling of brazed residual stress in a stainless steel plate-fin structure applied to recuperators in microturbines. The effects of nine influence factors on residual stress are investigated. The results show that the brazed joint creates large residual stresses due to the mechanical properties mismatching between base metal and filler metal. Strength in the middle joint is affected mainly by longitudinal stress. The residual stress gradient around the interface between base metal and filler metal is very large, which can have a great effect on interface strength. The material mismatching, brazing gap, pressure loading, fin pitch, fin thickness, fin height and plate thickness significantly affect the residual stress distribution, while the brazing temperature and the number of fin layers have little impact on residual stress. This work provides a reference for optimizing the brazing procedure and decreasing the residual stress for stainless steel plate-fin structures.     

Modelling of temperature field and residual stress of vacuum brazing for stainless steel plate-fin structure

This paper presented a finite element (FE) modeling of the temperature field and residual stress of the vacuum brazing for a counterflow stainless steel plate-fin structure. A sequential coupling calculation procedure was developed by using commercial program ABAQUS. The brazing temperature field and brazed residual stress distribution regularities have been successfully achieved. The results show that the brazed joint suffers high tensile residual stress and the fillets become the weakest zone. In the plate, the longitudinal stress is large and would have to play the main role on strength while the transverse and shear stress are very small. The residual stresses in fin are complex and their distribution in the parallel fin is much different from that of vertical fin. These results provide the theoretical knowledge for the optimization of process and the control of brazed residual stresses for stainless steel plate-fin structure.     

Numerical Analysis of Residual Stress for Copper Base Brazed Stainless Steel Plate-Fin Structure

Copper base stainless steel plate-fin structure has been widely used as a heat exchanger in many fields. The nonlinear thermal reaction on the residual stress in brazing process of the plate-fin structure was studied in this paper. A finite element model (FEM) was proposed to simulate the heat transfer and the sequential residual stress generated in the plate-fin and filler metals based on thermal elastic-plastic theory. By the stress distribution in four paths marked in the structure obtained from FEM results, it is found that the maximum residual tensile stress occurs in the brazed joint next to the plate side and a crack would initiate in this region. Also, the first principle stresses of reference nodes were calculated and the conclusion is consistent with the simulation results. These results would provide some constructive instructions in the practical brazing procedure.     

焊接残余应力对高强度钢低匹配对接接头静载强度的影响

采用有限元方法研究了焊后拉伸条件下高强度钢等匹配和低匹配对接接头内部应力的变化情况。结果表明,焊后横向和纵向拉伸载荷增至临界失效载荷期间,等匹配和低匹配接头的焊缝区和母材区应力均一直持续增加,但焊缝及近缝母材区应力在焊接残余应力基础上的增加较远端母材区缓慢;最终近缝母材区的应力明显高于远端母材区,未表现出内应力完全调匀的特征;这意味着由于焊接残余应力的存在,高强度钢宽板等匹配焊接结构的静载强度可能略有损失,而高强度钢宽板低匹配焊接结构更将在焊缝低强的影响下损失更大的静载强度。     

Finite Element Analysis of High Temperature Piping Creep for Considering the Effect of Inner Pressure and Welding Residual Stress

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析, 然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布. 结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响, 焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在, 仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

Finite Element Simulation for Welding Residual Stress and Creep Damage of Welded Joint

基于大型有限元软件Abaqus及其用户子程序(Umat)功能, 开发了焊接残余应力与蠕变损伤耦合计算程序, 对高温用焊接接头残余应力作用下的蠕变损伤行为进行有限元模拟, 并与无焊接残余应力状态下的蠕变损伤情况 进行比较. 研究结果表明, 在炉管焊接状态下, 焊接残余应力最大值集中在焊缝和热影响区处, 并且轴向与环向 残余应力较高. 在高温环境下, 焊接接头初始态焊接残余应力较高, 虽然在短时间内应力松弛到较低的水平, 但 其蠕变损伤仍较大程度地受焊接残余应力的影响, 蠕变损伤分布与焊接残余应力的分布基本一致.