焊接接头有限元模拟的研究进展

焊接过程不均匀的温度变化以及焊接缺陷的影响使焊接接头成为整个焊接结构最薄弱的环节,因此对焊接接头进行理论与实验研究在工程实践中具有重要价值和意义。近年来,焊接数值模拟技术的应用加快了研究的进展。着重介绍了利用有限元方法模拟焊接过程的方法以及研究进展,分析了有限元模拟存在的问题及未来发展。     

碳钢焊接接头腐蚀行为分析

通过对焊接接头各区域显微组织观察以及开路电位、极化曲线和电偶腐蚀电流的测量,研究了两种热输入所得焊接接头各区域的腐蚀行为. 结果表明,热输入小的接头各区域耐蚀性由小到大依次为母材,焊缝,热影响区;热输入大的接头各区域耐蚀性由小到大依次为母材,热影响区,焊缝. 该结果与接头不同区域的显微组织相关. 两种接头总腐蚀速率相比,热输入大的接头耐蚀性较好.     

核电汽轮机转子堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为及有限元仿真

采用宏观电化学试验和浸泡试验研究25Cr2Ni2MoV汽轮机转子堆焊焊接接头在80 ℃,3.5% Cl?环境下的电偶腐蚀行为. 电化学试验结果表明,焊缝为腐蚀薄弱区,腐蚀电位从高到低依次为热影响区、母材、焊缝. 浸泡试验结果表明,随着母材面积的增大,焊缝平均腐蚀厚度逐渐加深. 进一步利用宏观电化学测试所获的电化学参量建立焊接接头电偶腐蚀有限元模型对比浸泡试验结果. 结果表明,有限元仿真结果能有效模拟堆焊焊接接头的电偶腐蚀行为,为实际生产提供电偶腐蚀速率预测.     

焊接残余应力对接头尘化腐蚀影响的有限元模拟

金属尘化腐蚀是发生在含碳气氛中的一种高温腐蚀现象,碳在金属基体中的扩散是其过程的第一步.文中开发了碳扩散的耦合计算程序,进行了加热炉炉管焊态和工况温度状态下焊接残余应力对碳扩散影响的数值模拟,并与无应力状态下的碳扩散情况进行了比较.结果表明,在热影响区附近焊接残余应力梯度最大,对碳扩散的影响也最大,并且形成一个碳浓度峰值,在峰值两侧则会形成相应的碳浓度低谷,这是碳向高应力梯度区扩散所致.经过升温至工况温度后,残余应力得到松弛,对碳扩散的影响有所降低,可以延缓炉管的损坏时间.但由于残余应力的影响仍然存在,因此在炉管检修期间要注意焊接接头附近的尘化腐蚀情况.     

焊接工艺参数对奥氏体不锈钢焊接接头腐蚀行为的影响

通过草酸腐蚀和硫酸-硫酸铁腐蚀实验，研究了奥氏体不锈钢焊接接头腐蚀与焊接热输入的关系。结果表明，随着焊接线能量的增加，其焊接接头腐蚀越严重。随着焊接线能量的增大，腐蚀率增大且有加速趋势。     

锅炉进水管与套管焊接接头的应力腐蚀

本文对锅炉进水管与套管焊接接头腐蚀的原因进行了初步分析，指出其主要原因是ＡＰＣ类型的应力腐蚀，并从锅炉进水管与套管焊接接头的整体结构和焊接工艺两方面提出了改进的意见。     

核电站不锈钢焊接接头的应力腐蚀行为

采用恒载荷应力腐蚀试验、恒变形应力腐蚀试验、慢应变速率试验等研究了S30403、S32101和S32205不锈钢焊接接头在硼酸溶液中的应力腐蚀行为。结果表明：经720 h的恒载荷、恒变形应力腐蚀试验后,3种不锈钢焊接接头均未发生断裂;在慢应变速率试验中,3种不锈钢接接头耐应力腐蚀性能的优劣顺序为S32205>S32101>S30403; Cl^-含量提高、pH降低、温度升高、氧含量提高均会使得不锈钢焊接接头的应力腐蚀敏感性升高,其中介质pH的影响比其他三种因素的影响都更加显著。     

E550钢埋弧焊接接头在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为

采用增重测量、锈层截面观察、物相定量分析和电化学实验等方法研究了低合金耐候钢E550埋弧焊焊接接头在室内干湿循环加速腐蚀中的行为。结果表明:E550钢焊接接头的腐蚀速率低于母材。E550母材与焊缝的成分差异导致焊接接头不同部位的电位不同,并引起电偶腐蚀。电偶腐蚀对常规的大气腐蚀产生了抑制作用,造成焊接接头腐蚀前沿平整,锈层缺陷减少。随着表面锈层的生长,焊接接头表面不同部位的电位发生不同程度变化,并造成反复发生极性逆转,使腐蚀变得均匀,减弱了电偶腐蚀的局部腐蚀特征。     

紫外光对铝合金焊接接头腐蚀行为的影响

通过光学显微镜分析研究了6061铝合金熔化极惰性气体保护焊(metal inter gas welding, MIG焊)和搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)对接头组织的影响.结合极化曲线测试,比较了紫外光照射与暗态对预沉积NaCl的基材及焊接接头腐蚀行为影响的差异.结果表明,MIG焊接头组织均匀性较差,焊缝Mg含量远高于母材,使得表现出较差的热力学稳定性.紫外光照射加速了铝合金焊接接头的腐蚀,尤其是明显加速了MIG焊接头的腐蚀.30天的紫外光照射对FSW接头的影响与母材相近.这些影响与材料本身的耐腐蚀性能及铝合金表面形成的半导体性质腐蚀产物密切有关.     

X65钢焊接接头在模拟浅表海水和深海环境中的腐蚀行为对比

在实验室模拟条件下,采用失重法及电化学等方法并结合腐蚀形貌显微观察,研究了X65钢焊接接头在浅表海水和深海(1000 m)环境中的短期腐蚀行为及其机理。结果表明,X65钢焊接接头在浅表海水环境下的腐蚀速率大于深海环境下的腐蚀速率,浅表海水环境以点蚀为主,深海环境只在熔合线附近腐蚀相对较快,焊缝区腐蚀不明显;在模拟浅表海水和深海环境下,热影响区(HAZ)的腐蚀电位均低于焊缝和母材区,导致焊缝区域存在电偶效应,加速了HAZ的腐蚀,形成较厚的腐蚀产物膜。     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

Stress corrosion behavior of pipeline steel(X52)welded joint

The resistance of pipeline steel joint welded by submerged arc welding to stress corrosion cracking (SCC) at its different regions in boiling mixed nitrate solution and in H_2S saturated solution at room temperature is examined by the constant-load tension method. The result shows that when tested in nitrate, the weld metal may be the weakest link of the joint if the welding material doesn't match well. The resistance to SCC of the joint in H_2S is very low, especially at the bond and coarse grain zone and is closely dependent on the metallurgical quality of base metal.     

X90管线钢焊接接头耐腐蚀性能研究

采用金属浸泡腐蚀试验、电化学腐蚀试验研究不同浓度或pH的HCl、NaOH、NaCl溶液对X90管线钢焊接接头(SMAW、GMAW、SAW)耐腐蚀性能的影响。结果表明:三种焊接接头的腐蚀速率随溶液浓度增加而增加,其中焊接接头对碱性环境耐蚀性较好,耐酸、盐类腐蚀性能较差,在较低浓度或pH下腐蚀接近轻度级别,SMAW焊接接头在pH=1的HCl溶液和5%的NaCl溶液中腐蚀达到重度级别。电化学腐蚀试验表明,SMAW试样自腐蚀电流最高,阻抗最低,三种焊接接头腐蚀均为重度级别,因此在强电解质溶液中建议采取保护措施。     

温度对X65/316L机械复合管焊接接头CO2腐蚀的影响

在模拟CO2腐蚀环境中,采用高温高压釜对复合管内层不锈钢焊接接头的CO2腐蚀行为进行了试验研究.结果表明,焊接接头随着腐蚀温度的升高,腐蚀产物膜上微孔越来越多,腐蚀速率随温度升高不断增加.通过EDS分析结果可知,复合管内层发生CO2腐蚀的产物可能为FeCO3和Cr2O3的混合物.经去膜后,焊接接头经不同温度腐蚀后为均匀...     

Super304H钢焊接接头的晶间腐蚀敏感性

利用电化学动电位再活化法(EPR)测试了Super 304H钢焊接接头焊缝和母材的晶间腐蚀敏感性.结果表明,Super 304H钢焊缝和母材均呈现出较低的晶间腐蚀倾向.进一步用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电镜研究了它们的微观组织结构,焊缝和母材均为单一的奥氏体组织+少量析出相,二者都未探测到明显的Cr23C6析出相,所以未出现明显的基体贫铬现象,但是焊缝金属因与母材合金元素等存在差异,导致其在H2SO4和KSCN溶液中的耐晶间腐蚀性能稍好于母材.     

X80管线钢埋弧焊焊接接头的组织和腐蚀性能

采用H08MnMoA焊丝埋弧焊焊接X80管线钢.利用扫描电镜分析焊接接头微观组织;采用动电位极化和电化学阻抗法研究了X80管线钢其焊接接头在0.5 mol/LNaHCO3+0.02 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为.结果表明,在0.5 mol/L NaHCO3+0.02mol/L NaCl溶液中,由于显微组织上的差...     

汽车车架支座及焊接接头的有限元分析

汽车车架是汽车结构的重要组成部分,实际行驶中车架上的某些焊接部位常常发生开裂现象,严重影响汽车行驶的安全性.对某型越野车车架支座及焊接接头进行了有限元分析,考虑到焊缝强度和焊接咬边的影响,研究了车架支座受静载荷作用下的应力应变分布和焊缝强度对焊接接头应力应变分布的影响,找到了结构的薄弱位置,指出焊缝强度高匹配对改善焊接接头应力应变分布有利,为合理制定焊接工艺提供了参考.     

焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值模拟

利用弹塑性损伤-应变耦合有限元方法研究了不同强度匹配焊接接头中母材区断裂应变的变化对焊缝区裂纹断裂力学参量J积分的影响规律.结果表明,对于强度高匹配、等匹配和低匹配的焊接接头,在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下,随着母材区断裂应变的减小,焊缝区的塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高;随着接头强度匹配比M的降低(母材屈服强度的升高),母材区断裂应变的变化对J积分值的影响作用减小.