钛合金电子束焊接和局部热处理后残余应力分布特征

采用小孔法测定了14.5mm厚TC4钛合金平板电子束焊接,研究了电子束焊接和局部热处理集成加工工艺下残余应力的分布,分析了局部热处理对焊接接头残余应力分布特征的影响.结果表明,在实验条件下电子束局部热处理后纵向残余拉应力的分布区间由焊接状态下焊缝中心线两侧距焊缝中心线5mm的区域减小到2mm的区域,纵向残余拉应力峰值同焊接状态相比降低了76%,横向残余压应力峰值降低了65%.电子束局部热处理未扫描的母材区域,残余应力数值同焊接状态相比几乎没有变化.     

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究. 采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布. 将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布. 结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.     

焊后热处理对钛合金电子束焊接接头残余应力分布的影响

采用Stresstech XRD3000型X射线衍射仪检测了真空热处理前后TC4钛合金电子束焊接接头的残余应力分布情况。结果表明,真空热处理对焊接接头的残余应力分布有重要影响,采用适当热处理工艺参数可大大降低残余应力。     

基于正交试验设计的高温管道焊接工艺优化

P91耐热钢焊接接头广泛用于电厂管道,厚壁管道焊接残余应力分布比较复杂,而焊接接头残余应力的大小对其高温环境下运行的蠕变又有着较大的影响.文中运用正交试验设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对P91耐热钢管道焊接的工艺参数进行优化没计,然后采用大型有限元分析软件ABAQUS对最优焊接工艺的焊接残余应力进行数值模拟,获得了P91厚壁管道焊接接头的残余应力分布状况.结果表明,焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次电弧电压、焊接电流和坡口间隙等.研究结果为优化高温管道焊接工艺,有效控制焊接残余应力提供了可能.     

基于正交试验的T形接头焊接工艺优化

焊接变形可以直观地看到,控制变形手段也非常多. 焊接残余应力分布复杂,关键位置残余应力大小对产品有着很大的影响. 文中利用焊接数值模拟和试验相结合的手段,采用单因子和多因子正交试验相结合的设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对T形接头焊接的工艺参数进行优化设计,获得了T形接头的残余应力分布状况. 结果表明,拼焊间隙为2 mm以下时,焊缝宏观形貌满足要求;焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次为送丝速度和拼焊间隙. 利用数值模拟和试验相结合的方法,优化了焊接工艺参数,降低了焊接残余应力的峰值,有效地减少了试验次数,节约了成本.     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

局部热处理改善TC21钛合金板电子束焊接残余应力研究

针对TC21钛合金电子束焊接接头残余应力过大问题,通过局部热处理工艺来改善其分布,分别采用X射线检测法和小孔法两种方法对电子束局部热处理后焊接残余应力的分布进行了测试研究。试验结果表明:两种测试方法测试结果趋势相同。焊后焊缝区残余应力较大,横向残余拉应力最高达到736 MPa,纵向残余压应力最高达到-468MPa,而经电子束局部热处理后,焊缝区横向及纵向残余应力峰值同焊接态相比都降低了70%~75%,而母材区域由于焊接态时残余应力较小,经过局部热处理扫描和未经过局部热处理扫描的区域残余应力几乎没有变化。     

激光焊接T型接头残余应力测试

采用YAG激光对2 mm厚SUS304不锈钢薄板T型接头进行焊接,用小孔释放法对其残余应力进行测试,并分析了线能量对残余应力分布规律的影响.研究结果表明:不锈钢激光焊接T型接头纵向残余拉伸应力约为120～140 MPa,而横向残余拉伸应力只有50～60 MPa.激光焊接线能量增加时,纵向残余拉应力峰值降低,而横向残余应力峰值随着焊接线能量的增加而变大.T型接头残余应力总体分布趋势与对接接头残余应力分布规律类似.     

工艺参数对高压水射流降低焊接残余应力的影响

采用有限元法对高压水射流降低304不锈钢焊接接头残余应力进行模拟,并对焊态残余应力和高压水射流喷丸试验验证。采用Fortran语言开发了移动的高压水射流压力载荷子程序,经计算得到高压水射流处理前后焊接残余应力分布规律,讨论了水射流工艺参数对残余应力消除效果的影响规律。结果表明,由于高压水射流对金属表面的冲击效应,产生塑性变形,焊缝和热影响区焊态残余拉应力大幅降低。当水射流轴心压力达到0.87倍屈服强度时,焊缝中心压力由拉应力变为压应力,冲击次数取2~3次时,残余应力得到良好改善,增大冲击面积有利于降低焊接残余应力,水射流移动速度对其残余应力影响不大。     

电子束热处理对钛合金接头残余应力的影响

采用小孔法,测量了BT20钛合金电子束焊接接头在焊态和电子束局部热处理两种状态下残余应力的分布。结果发现,钛合金电子束焊接接头处以纵向残余应力为主;通过电子束局部热处理,使焊缝处的残余应力峰值降低了约50％;在热处理的过程中,必须采取一定的措施,在改善残余应力的同时尽量避免产生变形。     

Residual stress analysis of 7075 aluminum alloy after vacuum electron beam welding

The residual stresses distribution of 7075 aluminum alloy in vacuum electron beam welding joint was numerically simulated using nonlinear finite element method. The result shows that the longitudinal residual stress is tension stress along weld center and the stress peak value appears in the middle of the welded seam; the transversal residual stress is compression stress ; the residual stress in thickness direction is very small.     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

Process modeling for electron beam welding of Ti-6Al-4V

Using ANSYS software, a finite element model for electron beam welding of 14.5 mm thick Ti-6Al-4V alloy plate is developed by a sequentially coupled thermal-mechanical analysis method. For the purpose of model validation, welding trial is carried out. Meanwhile, fusion zone dimensions and residual stresses are measured. The fusion-boundary profile is reproduced accurately by using a conical volume heat source model. The predicted residual stresses are in reasonable agreement with the results determined by the hole-drilling method. Through the analysis of predicted residual stresses, it is found that the normal residual stress in the interior of plate can not be negligible and the maximum value of three dimensional residual tensile stresses arises at 10.15 mm depth in the weld zone.     

Stellite31合金静叶片焊接残余应力的计算

采用热弹塑性有限元法，分析计算了Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时焊接工艺对焊接残余应力的影响。结果表明，残余应力包括焊接本身产生的应力和由于构件约束限制焊接自由收缩而产生的约束应力。焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，起焊端附近焊缝中心是拉应力，崦在终焊端附近则产压应力。     

Stellite31合金静叶片焊接残余应力的计算

采用热弹塑性有限元法，分析计算了Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３ｌ合金静叶片电子束焊接时焊接工艺对焊接残余应力的影响。结果表明，残余应力包括焊接本身产生的应力和由于构件约束限制焊接自由收缩而产生的约束应力。焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，起焊端附近焊缝中心是拉应刀，而在终焊端附近则是压应力。     

耐热钢厚壁管环焊残余应力的有限元分析

以热-弹塑性理论为基础，建立了厚壁管环焊残余应力的二维轴对称有限元模型，利用ANSYS有限元分析软件，模拟了耐热钢厚壁管环焊对接的应力分布。结果表明，焊缝内表面及其附近处的轴向应力和环向应力均是拉应力，而外表面是压应力，接头处内表面应力水平高于外表面；径向应力数值远低于环向应力和轴向应力；各方向残余应力的最大值均位于距管道外表层一定距离处，其数值大小接近于材料的屈服点应力。     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

Crack formation and control upon the electron beam welding of TiAl-based alloys

Electron beam welding experiments on 2.5-mm-thick as-forged Ti–43Al–9V–0.3Y intermetallic plates were carried out. Cold cracking occurred in the direct electron beam welding joints because of the brittleness of the microstructure and the residual stress. A crack-free electron beam welding joint was obtained by a new composite control method. This process can prolong the high temperature stage to promote the phase transformation and to give the expected microstructure of the joint. The microstructures and tensile strengths of the joints were examined by TEM, X-ray diffraction, electron back scattering diffraction and universal test machine. The weld obtained by the composite control method was characterized by an analysis of the combined phase structure of the γ_m grain and the γ/α₂ colony microstructure. The tensile strength of the joint that was obtained by the composite control method was found to be 411.3 MPa, which is 20% higher than the direct welding joint.