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.     

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力.结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力.风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33％;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65％.     

碳钢与304不锈钢焊接残余应力的计算

采用弹塑性有限元法计算了Q235碳钢与304不锈钢的焊接温度场和焊接残余应力,计算结果表明,由于二者物理性能的差异造成了焊接温度场和残余应力分布的不均匀,焊接残余应力的峰值出现在304不锈钢一侧,其值略低于304不锈钢的屈服强度.当焊接热源偏向Q235钢时,焊接残余应力峰值变化较小,但高应力区减小,焊接变形明显减小,当焊接热源偏向304不锈钢时结果相反.当焊接热输入增大时会导致焊后高应力区范围的扩大,残余应力的峰值略有降低.采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接接头上表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好.     

去应力退火处理对310S钢焊接接头残余应力与力学性能的影响

采用钨极氩弧焊对310S耐热不锈钢进行焊接试验,并对其接头进行去应力退火处理,采用金相显微镜、残余应力仪、拉伸试验机等测试热处理前后焊接接头的显微组织、力学性能与残余应力演变规律。结果表明:在600℃进行退火处理时,随着保温时间的增加,残余应力被消除的程度逐渐加大;由于去应力退火温度未达到其再结晶温度,因此,热处理后焊接接头的显微组织与力学性能变化不明显。     

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.     

地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头残余应力研究

对地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊和熔化极活性气体保护焊(MAG)焊接接头的残余应力进行了X射线衍射测试分析.测试结果表明:激光焊和MAG焊接头均存在较大值的残余拉应力,残余应力分布趋势相同.激光焊接头残余应力峰值低于MAG焊接头残余应力峰值,这是由于激光焊热输入量较小,对母材热影响较小,母材塑性压缩效应低造成的.     

残余应力释放工艺对T形接头焊接残余应力及疲劳寿命的影响

为探究过载处理与热处理工艺对T形接头焊接残余应力释放及其作用下疲劳寿命的影响，对T形接头焊接过程进行有限元模拟，揭示了焊接残余应力分布特征及其对焊后疲劳寿命的影响规律，分析了过载处理与热处理对焊接残余应力释放效果及疲劳耐久性的影响，进一步探究了保温时间与热处理温度对T形接头焊接残余应力影响。结果表明：采用过载处理与热处理方法，T形接头焊接残余应力分别降低了63.8%与61.0%,其疲劳寿命分别延长了1倍与5倍；焊接残余应力的释放主要发生于热处理开始阶段，保温阶段残余应力的释放较小，冷却阶段残余应力有略微反向增大。为利于释放焊接残余应力，建议在冷却阶段严格控制构件均匀降温；焊接残余应力随热处理温度提高而减小，且保温时间对焊接残余应力影响不太明显。     

异种钢管子对接焊热处理前后残余应力的数值模拟

采用热-粘弹塑性有限元模型,在考虑蠕变效应的基础上,对同种及异种钢管子环焊缝焊接及焊后热处理过程进行了数值模拟.计算结果表明,经过热处理过程后,管子焊接接头的残余应力有显著的降低,约为初始状态的1/3.在热处理后期,两种接头的残余应力均出现了一定程度的回升现象.基于在相同的计算条件下,异种钢焊接接头残余应力要高于同种钢.同时,比较了过渡层对接头残余应力的影响,发现过渡层宽度对于降低异种钢焊接接头残余应力水平有重要影响.     

数值计算模拟工艺参数对电子束焊接残余应力的影响

电子束焊接残余应力的实测需要花费大量成本,因此采用数值模拟其焊接残余应力的大小和分布具有重要意义.利用三维有限元分析程序,建立了TC4钛合金板电子束焊接温度场和残余应力场的有限元分析模型,着重分析了高压和中压两种工艺参数对其接头焊接残余应力的影响.旨在探讨不同工艺参数对电子束焊接过程的影响规律,从而优化工艺,降低成本.计算结果表明,采用中压参数焊接的电子束焊接接头残余应力的峰值比采用高压参数的接头残余应力峰值高;而且其残余应力分布更集中于焊接接头中段.     

高频感应加热处理对2219铝合金FSW焊接接头残余应力的影响

采用搅拌摩擦焊接工艺焊接8mm厚2219铝合金板材,自行研制设计了高频感应加热装置,对2219铝合金搅拌摩擦焊接接头进行了应力表征与高频感应加热去应力研究,试验温度分别为90℃、140℃、190℃,利用X射线衍射法测试了焊缝热处理前、后纵向和横向残余应力,分析了搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能。结果表明,经高频感应加热处理后,焊接纵向残余应力峰值显著降低,经190℃感应加热处理后纵向残余应力峰值下降51.3%,残余拉应力区间变窄,随着高频感应加热温度的降低,去应力效果减弱。热处理前、后焊接接头微观组织和力学性能变化不明显,显微硬度分布趋势相同,说明高频感应加热技术在有效降低焊接残余应力的同时不改变焊接接头的力学性能。     

不同退火条件下304L不锈钢埋弧焊接头组织及性能分析

采用埋弧焊方法,进行了304L不锈钢厚板的对接试验研究.通过对焊接接头处的组织观察,并结合焊接接头的-196 ℃冲击韧性以及不同退火条件下残余应力测试,分析了埋弧焊304L不锈钢焊接接头组织和性能. 结果表明,热影响区组织为奥氏体,焊缝区则为奥氏体与少量的铁素体的复相组织;采用残余应力盲孔释放测量方法对焊接接头进行测试,随着退火温度的升高,焊缝及热影响区的残余应力得到进一步的释放;冲击试验中,热影响区-196 ℃冲击吸收能量随退火温度的升高急剧下降,焊缝区-196 ℃冲击吸收能量则呈平稳下降趋势.     

超声波测定摩擦焊接头残余应力

采用１５ＭＨｚ超声聚焦探头对４５号钢摩擦焊接头进行试验检测,根据有限弹性变形理论建立了超声波测定摩擦焊接头残余应力的计算模型,并计算出接头中轴向残余应力和径向残余应力的分布规律。结果表明,摩擦焊接头焊缝区和近缝区的轴向残余应力为压应力,而远离焊缝区域为拉应力;接头内径向残余应力在轴心处为压应力,随着远离轴心逐渐由拉应力变为压应力,在接头边缘区域为拉应力。试验结果还表明材料的各向异怀对超声波测定摩擦     

304L超低碳不锈钢板的振动时效

针对304L不锈钢底板的焊后残余应力，采用振动时效（VSR）的方法进行消除。介绍了振动时效工艺参数，应用JB／T 5926—91标准对振动时效工艺进行了定性评价。采用盲孔法测定了焊后和振动时效后底板焊缝的残余应力，结果表明残余应力下降了30％以上。试验结果显示振动时效工艺可以替代热处理时效，明显消除304不锈钢焊接构件的残余应力。     

焊接参数对异种钢接头热应力影响的数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS，对电站锅炉内使用的珠光体耐热钢G102和奥氏体不锈钢SUS304的异种钢接头的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟，并采用不同焊接参数及其焊后去应力热处理进行了对比性分析计算。在双道焊的数值模拟过程中，采用生死单元法，逐道激活焊缝参与计算。结果证明：双道脉冲焊时接头热影响区较窄，应力峰值较低。结果还表明焊后热处理能有效改善接头残余应力的分布状况。     

Influence of Material Model on Prediction Accuracy of Welding Residual Stress in an Austenitic Stainless Steel Multi-pass Butt-Welded Joint

Both experimental method and numerical simulation technology were employed to investigate welding residual stress distribution in a SUS304 steel multi-pass butt-welded joint in the current study. The main objective is to clarify the influence of strain hardening model and the yield strength of weld metal on prediction accuracy of welding residual stress. In the experiment, a SUS304 steel butt-welded joint with 17 passes was fabricated, and the welding residual stresses on both the upper and bottom surfaces of the middle cross section were measured. Meanwhile, based on ABAQUS Code, an advanced computational approach considering different plastic models as well as annealing effect was developed to simulate welding residual stress. In the simulations, the perfect plastic model, the isotropic strain hardening model, the kinematic strain hardening model and the mixed isotropic-kinematic strain hardening model were employed to calculate the welding residual stress distributions in the multi-pass butt-welded joint. In all plastic models with the consideration of strain hardening, the annealing effect was also taken into account. In addition, the influence of the yield strength of weld metal on the simulation result of residual stress was also investigated numerically. The conclusions drawn by this work will be helpful in predicting welding residual stresses of austenitic stainless steel welded structures used in nuclear power plants.     

降低铸造残余应力工艺的探索

铸造残余应力的存在使铸件在使用过程中寿命缩短。为找到一种有效的工艺方法降低铸件的残余应力,试验验证了振动时效和退火工艺对气缸体、气缸盖残余应力和尺寸稳定性的影响,通过优化退火工艺进一步探索能有效消除气缸盖铸造残余应力的工艺方法。结果表明,振动时效工艺适合气缸体等简单铸件的处理,对于气缸盖等复杂结构铸件则建议采用退火工艺。     

退火温度对50 mm厚316L电子束焊接头微观组织与力学性能的影响

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)真空室窗口领圈的组焊采用电子束焊,由于板厚较大,焊后残余应力较大,且焊缝从顶部到底部存在组织不均匀性,需要采用焊后退火处理进一步优化组织性能. 为了探索合适的退火工艺,采用单温区管式炉对50 mm 316L不锈钢电子束焊试样在200 ~ 450 ℃的范围内进行了退火试验,并采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)手段分析了不同退火工艺下接头热影响区及焊缝的晶粒组织. 对不同退火工艺下接头的顶部、中部与底部区域进行了拉伸试验和显微硬度测试. 结果表明,随热处理温度的提高,焊缝及热影响区的位错密度出现下降,由此引起的第3类内应力得到释放;300 ℃热处理后接头不同区域的抗拉强度和断后伸长率都较为优异,且拉伸试样的断口中均未发现大量析出相颗粒; 接头各区域显微硬度在不同退火温度下的变化趋势与抗拉强度的变化趋势近似一致.     

焊后热处理对31CrMoV9钢电子束焊接接头组织及性能的影响

研究了31CrMoV9钢电子束焊接接头在焊后去应力退火、焊后调质两种不同焊后热处理状态下的焊缝组织与性能,并与同等强度等级下的母材组织与性能进行了对比研究。结果表明,接头焊后组织为板条马氏体及少量残留奥氏体;焊缝经调质处理后,组织为相对均匀的回火索氏体,接头力学性能与母材相当,相比于焊后去应力退火处理,焊缝冲击性能大幅提高。两种类型的焊后热处理均未消除焊缝柱状枝晶等凝固组织形态,但焊后调质工艺可减轻焊缝柱状枝晶组织偏析,并使之细化,使得焊缝与母材的组织与硬度更加均匀;焊后经多次重复淬火,焊缝经检测均未见裂纹,说明焊后采用调质工艺可行,这为提高焊缝冲击性能提供了可行工艺路线。     

超声冲击对焊接结构残余应力的影响

以Q345钢结构箱型柱为对象，研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响。对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验，其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺。残余应力测量表明，采用冲击工艺，可以在焊缝表面一定深度(小于3mm)下产生压应力，最高测得-134MPa；焊趾冲击不但使焊趾表面产生压应力，也降低了焊缝的残余应力。对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示，在盲孔法测量的深度范围内，超声冲击可降低焊缝最大主应力约34％～55％。     

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.