固态相变对P91钢焊接残余应力的影响

基于SYSWELD软件,首先模拟了P91的Satoh试验,得到加热、冷却过程中的温度-应力曲线. 通过Satoh试验探讨了因固态相变引起的体积变化、屈服强度的变化和相变过程中的超塑性对残余应力形成过程的影响. 随后,以平板TIG重熔模型为研究对象,系统讨论了固态相变对焊接残余应力分布和大小的影响. 结果表明,体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著影响,它不仅可改变焊缝及HAZ处的应力大小,甚至可能改变应力的符号. 相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成及最终应力值的大小也有较明显的影响. 相变塑性的影响比前两者小,它在相变过程中有一定的"应力松弛"效应.     

固态相变对P91钢激光对接接头残余应力的影响

基于SYSWELD软件,模拟了P91钢激光对接焊时的温度场和焊接残余应力,并探讨了固态相变产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响. 数值模拟结果表明,体积膨胀和屈服强度变化对焊接残余应力的大小与分布有显著的影响; 相变塑性在相变过程中有"应力松弛"效应,对焊缝和热影响区的纵向和横向残余应力的值有一定程度的影响. 对比数值模拟结果与试验结果可知,采用文中建立的有限元模型计算得到的残余应力与中子法测量得到的结果基本吻合,在考虑相变塑性的情况下,计算结果与实测值吻合更好.     

补焊长度对P92补焊残余应力的影响

基于有限元模拟软件SYSWELD,通过建立P92钢板补焊过程的三维有限元模型,计算了补焊过程的温度场及应力场分布,讨论分析了不同补焊长度对残余应力分布的影响. 结果表明,无论是横向还是纵向残余应力,较大的拉应力水平都出现在焊缝和热影响区附近,同时在母材处应力值逐渐降低. 随着补焊长度的增加,横向残余应力在结构表面中心,热影响区和焊缝位置均存在下降趋势. 对于纵向残余应力来说,随着补焊长度的增加,应力值在焊缝位置呈下降趋势,而结构表面中心和热影响区变化较小.     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

16MnR钢焊接接头多次补焊残余应力数值模拟

利用有限元法，对16MnR钢焊接接头多次补焊产生的残余应力进行分析。计算结果表明，在焊缝及热影响区，初始残余应力的值较大，远离焊缝及热影响区的区域，应力逐渐降低。补焊后，在靠近补焊区域周围的原焊缝及热影响区，纵向残余应力降低，横向应力增加；在补焊区域，纵向应力的变化不大，但是横向应力的值增幅较大。随着补焊次数的增加，应力值增加的幅度不大，但是高应力区的宽度增加。     

P91管道焊接残余应力数值模拟

Cr-Mo耐热钢最常见的问题是发生于焊接接头热影响区的Ⅳ型裂纹引起的失效,焊接残余应力水平起着重要的作用。本文基于大型有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的焊接应力计算程序,对P91钢焊接接头的残余应力场进行了模拟。研究结果表明:轴向和径向残余应力均呈拉应力状态;焊接残余应力最大值集中在靠近母材的热影响区附近,并且焊接残余应力集中部位与Ⅳ型裂纹的发生位置相一致。     

基于有限元的多次补焊焊接残余应力的数值模拟

应用有限元方法建立了补焊温度场的数学模型，并对温度场进行一定的简化。焊接应力分为热应力和组织应力两部分，分别给出了热应力和组织应力的计算模型。利用ANSYS有限元软件以BHW35钢补焊为例进行数值模拟，给出了有限元的实现过程。并分别给出了一次、三次、五次补焊的模拟结果。并将计算模拟值与实际测量数值比较。计算结果和实际测量数值基本吻合。并根据应力分布情况，得到一些结论，焊缝中心的残余应力变化不大；热影响区存在较高的残余拉应力，且同一位置，随修复次数的增加，应力值逐渐提高；残余拉应力区宽度变大。文中还给出了焊后热处理后的应力大小情况，以证明焊后热处理能改善应力分布。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

转向架构架补焊残余应力数值模拟

转向架作为车辆走行部的主要构件,常采用局部补焊的手段进行修复,这势必影响接头残余应力。利用ABAQUS有限元分析软件,分别对焊态、不同补焊参数和补焊次数后的残余应力进行了数值模拟。模拟计算结果表明:补焊后焊缝的纵向应力大大增加,横向应力减小;但随着补焊次数的增加,纵向应力变化不大,横向应力有所增加;随深度增加,纵向应力涨幅不大,横向应力有所增加;随补焊宽度增加,焊缝区的横向应力有所增加,纵向应力略有增加但幅度不大。开展对转向架焊接构架对接焊缝补焊残余应力分析,对于指导焊接转向架生产、降低焊接接头残余应力具有重要的意义。     

厚壁铸钢件多层多道补焊残余应力分布仿真

为了降低在役汽轮机汽缸补焊后的残余应力,利用ABAQUS中的生死单元技术对存在缺陷的厚壁铸钢件多层多道补焊后的残余应力分布进行了仿真计算。在保证精度条件下,采用了分段式热源模型,研究了厚壁铸钢件补焊过程的热循环曲线及三维模型的焊接残余应力分布状态,分析了不同预热温度及不同层厚对补焊区域残余应力分布的影响,得到了厚壁铸钢件补焊所需的较为合理的预热温度区间和相应的层厚层道数量匹配的焊接修复方法。     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.     

X80钢补焊残余应力影响下的氢扩散模拟

通过有限元软件ABAQUS建立了X80钢三维补焊模型,综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响,采用顺序间接耦合方法,对平板补焊的温度场、应力场和氢扩散进行耦合计算。研究了在不同补焊热输入条件下的补焊残余应力变化规律。结果表明：补焊后最大残余应力出现在补焊焊缝区域,横向残余应力S11应力峰值增加55%,纵向残余应力S22超过材料屈服强度。不同补焊热输入对S11影响较大。无残余应力影响时氢扩散呈现梯度分布,有应力影响时,氢在残余应力集中区域浓度较大,残余应力促进了氢的扩散和聚集。     

P91钢的热压缩动态组织演化数值模拟

针对电站大口径厚壁无缝管典型用钢T/P91(10Cr9Mo1VNb),利用Gleeble-3500热模拟试验机采集了T/P91耐热钢的高温流动应力-应变曲线。以Avrami方程为基础,结合单项热压缩实验发生完全动态再结晶试样的金相分析,回归得到方程中的模型参数,从而确立P91合金钢在不同变形条件下的动态再结晶数学模型。采用De-form数值模拟软件对热模拟实验动态再结晶过程进行数值模拟,对比金相实验结果,验证P91合金钢动态再结晶数学模型的正确性。     

船用中厚板EH36多层多道焊接的残余应力研究

为探索EH36焊接区域的应力场分布机理,基于热弹塑性理论和热-结构耦合方法,考虑焊接温度场对残余应力场的影响,对船用高强度钢EH36多道焊进行了数值计算和试验验证。结果表明:焊接冷却时,焊缝区域受到拉伸应力而产生纵向最大拉应力为364 MPa,并很快过渡到压应力;焊缝两端承受的横向最大压应力为320 MPa,中间拉应力变化幅值少于20 MPa;通过X射线衍射测量焊件表面残余应力,测量结果与模拟结果吻合,说明上述分析方法对于EH36焊接工艺设计优化具有较好的指导作用。     

6082-T6铝合金补焊数值模拟

采用焊接仿真软件,对8 mm厚的6082-T6铝合金板进行了焊接及不同深度补焊的数值模拟,研究了焊接及不同深度补焊后的焊接残余应力分布状态,并通过焊接及疲劳试验等对模拟结果进行了试验验证。仿真计算结合试验结果表明:铝合金补焊后焊缝及热影响区焊接残余应力显著增加,补焊深度2、5、8 mm的峰值应力比焊接的分别提高了26%、28%、19%;补焊深度2 mm与补焊深度5 mm的接头焊接残余应力分布状态基本相似,补焊深度为8 mm的接头高应力区宽度明显增加;随着补焊层道数增加,接头抗拉强度略有降低且焊缝抗疲劳性能下降,试验结论与仿真计算结果一致。     

固态相变对2.25Cr1Mo钢多道焊组织及残余应力的影响

基于Abaqus及其子程序,提出了考虑包括奥氏体相变、贝氏体相变和马氏体相变在内的固态相变的2.25Cr1Mo钢焊接模拟方法。模拟考虑了固态相变产生的相变潜热、体积变化和屈服强度改变,对2.25Cr1Mo钢平板多道焊模型的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了计算,并研究了其规律。研究结果表明：相变潜热使得焊后贝氏体生成量增多,马氏体生成量减少。相变导致的屈服强度改变使得焊后残余应力大幅下降,相变导致的体积变化减小了焊缝内部残余应力。     

焊后热处理消除P91钢管焊接残余应力的数值分析

根据2002／2004电力规程和P91钢工艺导论确定焊接工艺和焊后热处理工艺,建立P91钢管焊后热处理分析的有限元模型。研究热处理前后周向残余应力的分布。有限元结果表明焊后热处理能有效地改善P91钢管的焊接残余应力分布,降低应力峰值,消除残余应力效果较为明显,可提高接头的综合力学性能。