Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布；借助通用有限元程序ANSYS，采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程，将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比，从而验证有限元分析过程的正确性；基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布，对丰富的数据进行汇总分析，重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明，残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端，残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域；残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关，残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比；翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型，可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.     

热轧大型H型钢残余应力相关研究

在全轧程热力耦合计算结果的基础上,对大型H型钢冷却后的残余应力场进行仿真分析。得到了沿着长度方向大型H型钢腿腰连接部位及翼缘整体表现为拉应力、腹板为压应力的残余应力场计算结果。H型钢冷却过程中,腹板的残余压应力有可能导致腹板冷却波浪的产生。对使用过程中切割翼缘时残余应力场的转变过程进行仿真分析,得到当切口到达H型钢腿腰连接部位时,切口处拉应力突然增大的结果。切口处应力场的突然变化与腹板开裂直接相关,H型钢腹板的开裂属于脆性断裂。对控制大型H型钢残余应力的方法进行仿真研究,得到了通过翼缘外侧强制冷却改善残余应力分布的结果。     

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。     

Q390钢多层多道焊接接头残余应力试验分析

为了深入研究Q390钢焊接性能,掌握其在不同焊接工艺条件下焊接接头残余应力分布规律,对40 mm厚Q390低合金高强度结构钢板分别采用埋孤焊和焊条电孤焊2种焊接工艺进行焊接,采用盲孔法测量了焊态下焊接试板的表面残余应力,得到了垂直于焊缝的残余应力分布曲线.结果表明:采用埋弧焊通过施加外在约束可以有效减小焊后试板变形,在焊接接头处得到压应力;经焊条电弧焊自由焊接条件下试板变形较大,在焊缝区得到拉应力,在熔合区和热影响区得到压应力.     

超声冲击对Q460高强钢焊接接头残余应力及组织性能的影响

以Q460高强钢焊接试板为研究对象,采用超声冲击处理接头表面,研究超声冲击对焊接残余应力及组织性能的影响。研究结果表明:超声冲击可以有效降低焊接残余应力,并使拉应力转化为压应力;超声冲击消除了焊缝与母材过渡区域的凹坑与尖角,焊趾处变得圆滑;超声冲击细化了表层晶粒,细化层深度约120μm;超声冲击后表面显微硬度提高了40 HV0. 2,硬化层深度约2 mm。     

2219铝合金TIG焊接头残余应力分布

利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头,分析了接头力学性能和微观组织。采用X射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布,并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明,该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区,最大横向拉应力和压应力分别为55 MPa和114 MPa,分别位于焊缝中部和起弧点;最大纵向拉应力为165 MPa,位于焊缝中部热影响区。接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态。     

激光冲击载荷对低合金钢焊件残余应力场的影响

焊接结构的高峰值残余拉应力场会导致焊件整体力学性能下降,提出采用激光冲击处理(Laser Shock Processing,LSP)对低合金钢Q345B焊接结构进行强化,提高其力学性能和抗疲劳性能。数值分析了激光冲击焊缝的过程,并对其进行了试验验证。结果表明:低合金钢Q345B焊件的焊缝部位存在着高峰值的残余拉应力,且分布不均匀,经过激光冲击之后,焊件的力学性能得到明显提高。冲击点区域引入残余压应力,焊缝处的高峰值残余拉应力经过LSP之后转变成残余压应力,且双面冲击引入的残余压应力相对于单面冲击提高了104%。试验结果和模拟结果吻合度良好,为低合金钢Q345B焊件的性能提高提供了新方法。     

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。     

超声波冲击处理和焊后热处理对大厚度核电结构用钢焊接残余应力的影响

制造了核电结构用钢Q390B和Q345D大厚度焊接试板,采用小孔法和X射线衍射法(XRD)测试试板经超声波冲击处理前后及焊后热处理的表面残余应力,比较超声波冲击处理和焊后热处理对大厚板焊接残余应力的影响。研究结果表明:大厚度试板经覆盖焊缝和母材的超声波冲击处理后,焊缝表面横纵应力由高达400~550 MPa的拉应力降低至-200~-400 MPa的压应力,应力下降幅值达到700~800 MPa,未冲击区域的焊接应力不受影响;热处理后母材和焊缝的表面横纵应力分布均匀,最大拉应力幅值小于100 MPa,应力下降幅度为400 MPa左右。     

苯酐冷凝器管子与管板焊接残余应力数值模拟及试验研究

为了研究苯酐冷凝器管子与管板焊接残余应力的大小和分布规律,采用有限元法对一台苯酐冷凝器的管子与管板焊接残余应力进行分析,同时利用X射线衍射方法对冷凝器管子与管板焊接残余应力进行测定。由有限元数值模拟结果可以得出,管子与管板的焊接残余应力围绕管子呈同心环形对称分布,在焊缝处出现最大焊接残余应力,并且管板焊接热影响区焊接残余应力显示环向承受拉应力,而径向承受压应力。试验结果与有限元数值模拟结果相吻合,表明了有限元数值模拟方法的正确性。     

INFLUENCE OF RESIDUAL STRESS AND SURFACE MORPHOLOGY ON FATIGUE PROPERTIES OF STEEL 60Mn

Influence of residual stress and surface morphology induced by shot-peening on fatigue behav-ior of a medium temperature tempered spring steel 60 Mn has been studied.The compressiveresidual stress induced in the near-surface region may improve fatigue limit from 930 to 1010MPa,and the very high tensile residual stress in the interior may reduce it from 1010 to 940MPa,whereas the severe surface damage may cause a drop-off of it from 1010 down to 800MPa.Fatigue cracks initiated in such position where the equivalent Mises stress,includingresidual stress,exceeded the local strength of the material.The compressive residual stress,induced by shot-peening,may intensify the effect of crack closure,so as to decrease the crackgrowth rate.     

残余应力和表面形态对60Mn疲劳性能的影响

喷丸产生的表层残余压应力使中温回火弹簧钢60Mn的疲劳极限从930提高到1010MPa,而心部的高残余拉应力又会使疲劳极限从1010降至940MPa,严重的喷丸表面损伤可以使疲劳极限从1010降至800MPa。裂纹在计入残余应力的Mises等效应力超过材料局部强度的部位萌生。喷丸产生的残余压应力可以增强裂纹闭合效应,从而降低裂纹扩展率。     

CLAM钢激光焊T形接头残余应力及硬度分析

采用功率为4 kW的Nd:YAG激光器,对4 mm厚的CLAM钢板组成的T形接头,用不同的激光入射角度进行了激光焊接试验,对焊缝接头的宏观成形,残余应力的分布以及硬度变化进行观察和测试.结果表明,入射角度为14°时焊缝接头具有明显的未熔合现象,随着焊接角度的减小,采用12°和10°时完全熔合,接头表面的残余应力为压应力,入射角度为12°时翼板残余压应力比腹板的大,入射角度为10°时腹板的残余应力较大,接头截面的内部残余应力变化很大,焊缝区的硬度相对于母材有明显提高,焊接热影响区未出现软化现象.     

Residual stress and softening in welded high-strength low-alloy steel with a buffering layer

Welding residual stresses, Vickers hardness and microstructure of welded high-strength low-allow steel, known for high strength and low carbon content, were studied under the following conditions: as-received high-strength low-alloy steel, welded high-strength low-alloy steel without a buffering layer, and welded high-strength low-allow steel with various thickness buffering layer. A soft buffering layer with a modest thickness between the parent metal and the weld metal could be incorporated to welded high-strength low-alloy steel to effectively reduce the widths of tensile residual stress zone and welding softening zone, to change the residual stress (in y-direction) nature at the weld root from tensile to compressive, and to refine the grains of the welded high-strength low-alloy steel. The width of the tensile residual stress (in x-direction) zone was approximately equivalently to that of the welding softening zone for those welded high-strength low-alloy steel with and without buffering layers.     

300M钢件表面的喷丸强化

针对300M钢材料研究了4种不同喷丸工艺。分别对喷丸层的残余应力、组织结构、显微硬度及其分布和表面粗糙度进行了测试与分析。结果表明,高硬度陶瓷丸在较低的喷丸强度下可以获得较高的残余压应力,且不会大幅度提高表面粗糙度值;钢丝切丸喷丸后虽然得到比较好的残余应力分布,但伴随的是表面粗糙度值的大幅提高;大粒径高强度钢丝喷丸不会使残余压应力水平得到很好的提高,而是会大幅增加粗糙度值;钢丝切丸+陶瓷丸的复合喷丸强化工艺在粗糙度改变不大的前提下,可以获得较好的强化效果和表层组织结构。     

柔性轧制Q390C和Q420C钢板生产实践

目前市场对中厚板的订单具有个性化和多样化的特点，而对于不同强度级别的钢板，化学成分设计往往是不同的，这样会增加不同钢坯冶炼之间衔接的时间及化学成分控制的难度，导致冶炼成本增加，工序复杂化。结合市场需求与生产实际，采用同一Q390低合金高强度钢板坯，通过不同的控轧控冷工艺，对Q390C和Q420C两种强度级别热轧钢板进行了试制。结果表明，通过控轧控冷技术，可以充分发挥细晶强化作用，采用同一Q390低合金高强度钢板坯实现了Q390C和Q420C两个强度级别热轧钢板的柔性生产。试制生产的两种钢板，强塑性及0 ℃冲击功均满足标准要求，Q420C钢板屈服强度达441 MPa以上，抗拉强度达579 MPa以上。采用柔性轧制技术，降低了Q420C高强钢板的生产成本。     

柔性轧制Q390C和Q420C钢板生产实践

目前市场对中厚板的订单具有个性化和多样化的特点，而对于不同强度级别的钢板，化学成分设计往往是不同的，这样会增加不同钢坯冶炼之间衔接的时间及化学成分控制的难度，导致冶炼成本增加，工序复杂化。结合市场需求与生产实际，采用同一Q390低合金高强度钢板坯，通过不同的控轧控冷工艺，对Q390C和Q420C两种强度级别热轧钢板进行了试制。结果表明，通过控轧控冷技术，可以充分发挥细晶强化作用，采用同一Q390低合金高强度钢板坯实现了Q390C和Q420C两个强度级别热轧钢板的柔性生产。试制生产的两种钢板，强塑性及0 ℃冲击功均满足标准要求，Q420C钢板屈服强度达441 MPa以上，抗拉强度达579 MPa以上。采用柔性轧制技术，降低了Q420C高强钢板的生产成本。     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

爆炸法消除三峡工程高强钢压力钢管焊接残余应力

对三峡工程采用的６０ｍｍ厚ＮＫ－ＨＩＴＥＮ６１０Ｕ２调质高强钢对接和角度均焊接度板进行爆炸处理。结果表明爆炸处理不仅显著消除试板表面的拉伸残余应力,而且能使残余应力沿厚度方向分布均匀且显著降低。