连续油管T型焊接接头残余应力场数值模拟

采用有限单元法,模拟了连续油管ERW直焊缝与TIG环焊缝交汇处T型接头残余应力场的分布情况.结果表明,焊接残余应力集中分布在两种焊缝附近,最大残余应力出现在TIG焊缝起焊位置.由于ERW直焊缝经历了两种热处理过程.使得该焊缝附近残余应力较小,最大应力约为220MPa;TIG焊缝未经历任何热处理过程,因此焊接残余应力较大,最大应力约为628MPa.由此说明热处理技术能够较好地消除焊接残余应力.     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

15MnNiCrMoV钢叶轮焊后热处理数值模拟

用有限元法模拟分析了15MnNiCrMoV钢离心压缩机叶轮在不同焊后热处理温度下的残余应力变化。结果表明,叶轮在焊接完成后的等效应力较大,最大等效应力达到996 MPa,而且残余应力主要集中在进风口焊缝。叶轮分别经过650、700和750 ℃保温5 h的消应力热处理后,其母材和焊缝处的残余应力均明显降低,且叶轮在经过650 ℃´5 h焊后热处理后,整体残余应力降低了49.3%;700 ℃热处理后,残余应力降低了54.5%;750 ℃´5 h热处理后叶轮的残余应力降幅最大,较焊后降低了62.7%,750 ℃是叶轮较为理想的消应力热处理温度。     

焊接残余应力对20G管道焊接接头组织性能的影响

通过X射线衍射法研究管线用20G焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊缝残余应力的影响,择优选取了焊后热处理条件。结果发现,在焊缝区存在较高的焊接残余应力。焊后热处理可以显著降低焊接残余应力,其中以620℃加热温度、1 h保温时间的处理工艺为宜。此外,热处理细化了焊缝区域晶粒,降低了焊缝区域硬度,改善了焊接接头抗H2S腐蚀的能力。     

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％.     

基于计算机仿真的压力容器封头焊接及热处理过程分析

以压力容器封头三层焊道的焊接结构为研究对象,利用ANSYS软件对其焊接过程及热处理过程的温度场和应力场进行了分析。结果表明,焊接过程中峰值温度较为稳定,焊缝和热影响区的温度梯度较大,远离热源处的温度梯度较小,在热处理的保温阶段封头温度基本保持在550℃不变。焊后的残余应力沿着焊缝分布,外表面焊缝上的等效残余应力为295~413 MPa,最大等效残余应力位于焊缝末端处,大小为530 MPa。热处理后的等效残余应力为213~298 MPa,经过高温回火后的残余应力得到了明显改善。     

异种高温合金电子束焊及热处理残余应力分布特征

对10 mm厚的GH907和GH141平板试件进行电子束焊接,采用盲孔法测试未进行焊后热处理和进行焊后固溶和时效热处理状态下的焊接试件的残余应力分布情况。结果表明:焊接试件的焊缝区及两侧热影响区呈现较大的横向应力和纵向应力,焊缝区为应力峰值区,GH907侧热影响区的残余应力高于GH141侧残余应力;固溶和时效热处理工艺可以大幅度降低焊接试件的焊缝区和热影响区的残余应力值,并且使残余应力分布更均匀化,而GH907侧热影响区残余应力下降幅度明显大于GH141侧的热影响区的残余应力的下降幅度;在焊接角变形约5°的条件下,焊缝区厚度方向上的残余应力分布为:焊缝正面和背面为拉应力,而厚度的中部区域为压应力。     

焊接残余应力磁弹性法测试研究

以巴克豪森噪声(Barkhausen Noise)为原理,采用频率20～70 kHz,测试深度为0.07 mm的STRESS-CAN500C磁弹性应力仪,测量了压力容器用16MnR钢焊后以及焊后热处理的残余应力(包括焊缝、熔合区、热影响区),研究了残余应力的形成、不同区域的分布.结果表明:平行于焊缝的残余应力大于垂直焊缝的残余应力;丁字焊接区产生应力极大值.选择550℃×3 h作为焊后热处理的工艺,其残余应力是屈服强度的20%.     

深孔法测试Q345焊接试板热处理前后三维残余应力的可行性

针对热处理前后的Q345焊接试板,采用深孔法测试焊缝位置厚度方向的应力分布特征,采用压痕应变法测量焊缝表面残余应力。测试结果表明,焊后原始状态的焊缝应力在厚度方向上呈M形状分布,应力峰值接近焊缝金属屈服强度的90%;消除应力热处理后的焊缝应力水平较低,基本维持在50～70 MPa。通过对比分析热处理前后的焊缝内部残余应力特征,说明采用深孔法可以很好地表征热处理前后的焊缝三维残余应力。 创新点： 采用深孔法测试热处理前后焊缝的三维残余应力,验证了该方法在大厚度焊缝内部残余应力分析的可行性。     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

S355钢焊接温度场和应力场有限元分析

S355钢作为低合金钢,在焊接过程中会伴随着固态相变现象。在考虑S355钢的固态相变效应基础上,建立了焊接过程的热弹塑性有限元模型。通过引入相变转变模型、相变塑性和相变体积模型,计算获得焊后组织分布云图,并分析了焊缝和热影响区典型节点的组织演变规律。结果表明,与不考虑固态相变效应相比,紧邻焊缝两侧的热影响区的Mises应力大幅降低,计算得到的残余应力值与实测值吻合较好。     

不同工艺下超强钢点焊残余应力的试验分析

为了分析在不同工艺下电阻点焊对超强钢焊接构件内部残余应力的影响,文中试验选用B1500HS快冷淬火后的超高强钢薄板,通过德国NIMAK点焊机器人进行电阻点焊,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量点焊构件焊核区、热影响区、母材区表面处的残余应力,分别从电极直径、焊接电流、锻压力方面考察不同工艺对超强钢点焊构件残余应力的影响. 结果表明,残余应力以焊核为中心基本呈对称分布,从焊核到母材,数值先增大后减小,在热影响区处达到最大值且为拉应力,远离焊核区降低为压应力,且拉应力最大值明显高于压应力最大值;残余应力随电极直径增大而增大;残余应力随着电流增大其最大值先增大后减小;锻压力可以降低残余应力峰值.     

Evolution of residual stresses in dissimilar steel surfacing layers during process of post-weld heat treatment

Abstract

Residual stress relaxation during post-weld heat treatment (PWHT) is a thermodynamic process, which is affected not only by the heat treatment process, but also by the welding residual stress. In this study, the residual stresses in as welded and heat treated surfacing metal were measured using blind hole and X-ray method. The results reveal that the welding residual stresses are compressive at the surface of the weld and tensile at inner weld. However, after PWHT, the residual stresses at surface and inner weld change to the opposite state. Finite element simulations show that the differences of expansion coefficients between base metal and filler material are the main factor to the changes of stress state. The experimental results verify that the expansion coefficients of base metal and filler materials have been changed greatly after long soaking at high temperature.     

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.     

D406A高强钢焊接残余应力测试

采用小孔测试法,对D406A低合金高强钢钨极氩弧焊及不同热处理状态下的残余应力进行了测试研究。结果表明：D406A低合金高强钢钨极氩弧焊在焊缝及其附近会产生约460MPa的残余应力;采用650℃下保温10min的局部热处理是较为合理的工艺,可达到整体去应力退火的效果．而且可以避免焊接工件表面严重脱碳、降低焊接结构强度的危害。     

Finite element analysis of welding residual stress of aero engine blisk by controlling heat input

In order to improve aero engine performance, it is necessary to reduce the welding residual stress of aero engine blisk. In this paper, finite element method was employed to simulate electron beam welding process of blisk, in accordance with the deducing formula (p = kh) , the heat input is changed with the weld depth to control welding residual stress of blisk. The calculation results show that welding residual stress of blisk can be controlled effectively by reducing the heat input on the conditions of meeting the demand of weld penetration and guaranteeing the welding quality, a new theoretical method and some numerical data are provided for controlling welding residual stress of blisk.     

蜂窝夹套结构焊接接头的应力强度分析

由于蜂窝夹套焊缝受力情况比较复杂，焊接部位经常出现焊缝开裂引起泄漏，焊接残余应力是重要的影响因素之一。运用大型有限元分析软件ABAQUS的热一力耦合功能，对304不锈钢蜂窝夹套的塞焊和填角焊两种焊接方式进行有限元模拟，得到了这两种焊接接头的残余应力分布情况。结果表明，塞焊焊接方式的蜂窝夹套焊缝处的残余应力大于采用填角焊方式的。采用塞焊方式蜂窝孔处的焊接残余应力较高，焊完第二个蜂窝孔后对第一个蜂窝孔的残余应力影响较大。而采用填角焊方式则这种影响较小。对塞焊和填角焊焊缝进行强度计算，结果表明填角焊焊缝的承载能力较好。研究结果为蜂窝夹套进行分析设计和控制焊缝开裂提供了理论基础。     

铍环激光束钎焊过程的数值模拟

采用MARC软件对铍环激光束钎焊过程的温度场和应力场进行有限元分析，温度场分析得到与铍环实际激光束钎焊基本一致的焊缝形状，应力场分析表明，焊接后轴向应力和环向应力在焊缝中心的钎料上为压应力，在铍玻外表面热影响区的内表面均为拉应力，径向应力为压应力，焊接残余应力主要分布在离焊缝2mm的范围内，焊接后铍环内外表面发生径向收缩，将有限元分析得以的铍坏外形面的轴向残余应力结果与实测结果进行了比较，二者所反映的应力变化趋势基本一致。