局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热法,并在利用平板试验得到局部加热合理位置的基础上,利用局部加热法对某水电站转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于500 mm×500 mm×16 mm的平板,局部加热法降低残余应力效果最好的位置是在距加热区域边缘约60 mm处;局部加热法可以使叶片的危险区域产生残余压应力;从降低叶片出水边附近焊接残余应力的效果来看,热处理后进行局部加热的效果要优于热处理前进行的局部加热.     

混流式转轮焊接工艺优化与局部压应力化的实现

焊接残余拉应力的存在是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一,焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能.采用数值模拟方法对混流式转轮焊接残余应力场进行了模拟,转轮出水边焊缝区域存在较高的残余拉应力,适当减小出水边焊段长度,可有效降低残余拉应力峰值.对转轮原有及优化焊接工艺下的焊接残余应力场进行了测试分析.结果表明,通过优化分段焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控,叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低,并转化为压应力,实现了转轮易开裂区域焊接残余应力的局部压应力化,从而有效提高转轮的抗疲劳性能.     

分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响

在利用单元死活技术以及椭球形移动热源模型分析T形接头焊接温度场的基础上,利用数值模拟的方法研究了分段焊的焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响.结果表明,分段焊不仅可以增加焊缝整体的残余低应力的区域,而且采用先焊两端后焊中间的方法可以有效地降低先焊区域的焊接残余拉应力.对于先焊焊段上的某点来说,到中间焊段两端的距离越小,焊接残余应力的降低效果越明显;中间焊段的收弧区降低先焊焊段残余拉应力的效果要优于起弧区.     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析。结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,而在中间部位的残余应力为拉应力;分段退焊对横向残余应力的减弱作用较为明显,可以有效降低焊接后的变形及其应力。     

混流式转轮焊接残余应力测试新装置与新方法

混流式转轮叶片出水边焊接接头区域存在的较高残余应力是导致转轮疲劳开裂的重要原因,混流式转轮焊后及热处理后的焊接残余应力测试已经成为转轮制造过程中的必要工艺,其测试精度及效率对转轮制造质量及效率有重要影响.根据转轮的结构特点研发了新型残余应力测试装置,并根据转轮疲劳开裂的特点确定了针对混流式转轮焊接残余应力测试的新方法,实际应用试验结果表明测试所得结果能够真实反映热处理前后转轮易开裂区域的残余应力分布情况.新型测试设备及方法完全适用于混流式转轮的残余应力测试,而且具有非常高的测试精度及效率.     

混流式转轮焊接残余应力局部压应力化的实现

焊接残余拉应力是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一,焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能.文中对原有及优化焊接工艺下的转轮出水边易开裂区域的焊接残余应力分布进行了测试分析,并对局部加热及锤击处理对应力场分布的影响进行了研究.结果表明,通过优化焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控,叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低,而且转变为压应力,采用局部加热和锤击可以明显降低转轮易开裂区域的残余拉应力值,进一步促进高压应力区域的形成,实现转轮易开裂区域的压应力化,从而提高转轮的抗疲劳性能.     

局部锤击法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对混流式水轮机转轮在服役过程中出现裂纹的情况,在利用数值模拟技术研究局部锤击法对转轮焊接残余应力的影响的基础上,对某水电站转轮的焊接残余应力进行了研究.结果表明,普通工艺下,转轮叶片出水边附近的焊接残余拉应力的最大值出现在焊缝的熔合线附近;局部锤击法可以起到降低锤击部位的焊接残余拉应力的作用.当锤击部位的温度接近或超过材料本身的塑性温度时,叶片危险区域焊接残余应力峰值的降低效果非常明显;当锤击温度比较低时,残余应力的效果不明显.     

航空用钛合金激光焊和TIG焊残余应力测试

钛合金是重要的航空材料。采用小孔释放法对钛合金平板激光焊接和钨极氩弧焊(TIG)残余应力进行了测试研究，分析了焊接方法及焊接热输入和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：在热影响区内，激光焊接残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；与TIG焊相比，激光焊残余应力值大约低100MPa；焊后热处理能显著降低残余应力并使其分布区间平缓。     

纵肋–盖板裂缝重焊修复后残余应力数值分析

钢桥面板纵肋–盖板焊缝处穿透面板的裂缝通常只能采用重焊方法修复,但所引起的高焊接残余应力易导致结构再次开裂而没有达到预期的修复效果. 选取12 mm钢桥面板中纵肋–盖板裂缝为研究对象,采用子结构算法进行重焊后残余应力分布规律及焊接工艺影响研究. 结果表明,相同条件下,钢桥面板有横梁位置处纵肋–盖板裂缝重焊残余拉应力数值和分布范围均明显高于无横梁位置,采用由中间向两端的对称焊能够有效减小残余应力峰值;裂缝重焊修复过程中焊趾处纵向残余应力随焊缝长度、随坡口角度呈幂函数变化关系.     

局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响

采用有限元模拟技术,观察在局部加载条件下平板焊接残余应力场的应力分布,比较平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸在降低应力方面的不同效果.发现在局部加载条件下焊接过程中拉伸比焊后拉伸可更好地减小焊接残余应力,且当外加载荷低于材料的屈服强度时,载荷越大,残余应力的降低越明显.用200 MPa外截拉伸时,焊后拉伸残余应力最大值由常规焊条件下的235 MPa降至130 MPa,焊接过程中拉伸残余应力最大值可降至50 MPa.结果表明,通过局部加载减小焊接残余应力是可行的.     

薄板焊接残余应力尺寸效应

利用ANSYS大型有限元软件对对接薄板焊接残余应力的大小和分布进行了计算,得出了尺寸因素对焊接残余应力的影响规律,特别是过渡板宽、板长对焊接残余应力的影响,分析过程中考虑了材料的物理性能及力学性能随着温度的非线性变化以及金属的熔化潜热,使数值模拟结果尽量接近实际值.最后理论计算与试验结果相比较,结果是基本吻合的,所得结果可以进行残余应力预测.     

局部加热冷却法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热冷却法,并利用数值模拟技术研究了局部加热冷却法对转轮残余应力场的影响,得到了叶片危险区域的残余应力在局部加热过程中的变化情况以及转轮局部加热的优化方案.结果表明,采用局部加热冷却的方法可以有效地减小叶片危险区域的残余拉应力峰值.残余应力的降低效果与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,并且焊接残余应力随加热距离的增加呈先降低后增大的趋势.     

1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术

针对1420铝锂合金平板对接和T形穿透焊接结构,开展了动态低应力无变形(DC-LSND,dynamically controlled low stress non-deformation)焊接技术的可行性研究;通过与常规TIG焊进行焊接应力和变形、接头组织以及拉伸性能的对比,分析了该技术实现应力和变形控制的原因.结果表明,采用动态低应力无变形焊接1420铝锂合金平板对接结构,能够有效地减小焊接应力和变形,并且对接头的拉伸性能没有影响,同时采用该技术可实现铝锂合金T形接头穿透焊的应力和变形的控制.     

随焊干冰激冷冷源尺寸对焊接残余应力影响的有限元分析

文中利用米粒状干冰颗粒作为冷却介质进行随焊激冷,通过将干冰颗粒与压缩空气混合,借助喷枪从喷嘴直接喷射于试板上,干冰颗粒与试件接触瞬间升华带走大量热量,实现局部快速冷却.基于热弹塑性有限元方法,对1561铝合金随焊激冷焊接的方法进行了模拟,分析不同长度和宽度的矩形冷源对随焊激冷控制残余应力的影响,从而对干冰喷嘴出口形状设计进行指导,以优化随焊激冷控制焊接应力与变形的效果.结果表明,最佳矩形冷源的长宽为40 mm×25 mm,板中心纵向残余拉应力由162 MPa降低为零,板两端纵向残余压应力由常规焊接的59.3 MPa减小到20.4 MPa,减小大约65.6%.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

基于熔池受力的全位置STT打底焊分段工艺

油气管道在全位置焊接时通常按照固定角度机械化地进行分段,此过程中,熔池容易发生失稳流淌而导致焊缝成形不良。文中对管道全位置焊接过程中的熔池受力进行了分析,建立了一种基于熔池径向力变化的新型分段工艺,以解决全位置焊接时管道内、外壁成形不良的问题。通过对220 mm×10 mm×400 mm的X70管线钢采用STT打底焊试验发现,该分段工艺抑制全位置焊接时的熔池失稳流淌问题有良好效果,且内壁成形更加平滑美观,对于管道自动焊接过程中的分段问题具有一定的参考价值。