超声冲击处理对316L不锈钢焊接接头组织及残余应力的影响

对6 mm厚的316L奥氏体不锈钢板进行TIG焊试验,采用盲孔法测量焊缝附近的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。使用Abaqus有限元软件,分析了316L不锈钢的焊接残余应力分布,并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差低于20%。     

基于XRD的Inconel 690和321不锈钢异种金属焊接残余应力测试与分析

某小型反应堆的异种金属环形焊接接头经由一百余道焊接后,会出现残余应力累计、变形严重等问题,影响焊接接头的抗应力腐蚀、抗疲劳破坏性能。采用X射线衍射法对该焊接接头表面残余应力测试,获得了环向、径向残余应力分布规律。结果表明:接头表面环向、径向残余应力基本呈现出拉应力状态,分布类似抛物线形状,呈现出中间高、两边低的形态;由于奥氏体不锈钢母材侧熔合线为典型的异种金属焊接区域,残余应力梯度明显偏大,焊缝有柱状晶的存在,焊缝中心处亦存在较大的应力梯度。     

焊后热处理对S30408/Q345R复合板焊接接头残余应力的影响

采用计算机模拟、X射线衍射法和盲孔法对焊后热处理前后的S30408/Q345R复合板焊接接头的残余应力分布进行了研究。数值模拟结果表明：随着焊接道次的增加，焊缝区的残余应力逐渐减小并趋于稳定，熔合线附近的残余应力逐渐增大，且高于其他位置的残余应力。结果表明：采用580℃保温2 h的热处理工艺，消除残余应力的作用有限。X射线衍射法及盲孔法所获得的焊缝残余应力值最大误差为23%;焊接接头残余应力实测值明显高于模拟值，焊缝及熔合线附近位置误差均较大，最大误差可达33%。     

Q345E钢焊后热处理残余应力模拟与试验研究

为深入研究热处理工艺对焊接残余应力的影响规律,以Q345E钢对接接头和T型接头多层多道焊为例,首先借助X射线衍射法对热处理前后焊接试件进行了应力测试,然后采用数值模拟的方法对这两种焊接接头模型热处理前后的残余应力进行了计算,分析了热处理前后残余应力的分布。结果表明:模拟结果与试验测试的结果具有一致性,验证了有限元数值模拟的合理性。热处理前,平板对接接头的纵向残余应力沿焊接方向呈现两端小,中间大的趋势;沿垂直于焊接方向随着距熔合线的距离增大而降低;T型接头的纵向残余应力沿焊接方向随远离起弧端整体上表现出上升趋势;沿垂直于焊接方向,它由近焊缝处的拉应力逐渐过渡到远焊缝处的压应力。热处理后,残余应力均下降。     

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.     

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究. 采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布. 将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布. 结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.     

钢-铝异种金属激光自熔搭接焊的数值模拟研究

利用SYSWELD有限元软件对钢-铝异种金属的激光自熔搭接焊进行了数值模拟,包括钢上铝下和铝上钢下两种搭接接头,比较了两种接头的温度场、特征点的热循环曲线、沿焊缝纵向和横向的焊接残余应力及残余变形分布。结果表明,激光焊起始时的温度瞬间超过材料的熔点;钢上铝下搭接接头的最高温度高于铝上钢下搭接接头的。温度模拟结果与测温试验结果吻合较好。铝板焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,钢板焊缝中心线上的残余应力以压应力为主。沿垂直于焊缝方向上,铝板在焊缝及附近区域的残余应力以拉应力为主,在远离焊缝的区域以压应力为主,而钢板在焊缝中心区域的残余应力为压应力,在焊缝两侧熔合区的拉应力达到最大值。这两种搭接接头中,铝板的焊接残余变形均大于钢板。在实际的钢铝焊接生产中,可以适当加大对铝及其合金的夹紧力。     

同管径不等厚管的焊接残余应力数值模拟

针对同径不等厚管,运用有限元模拟软件SYSWELD,获瞬时焊接温度场及焊接残余应力场,重点分析管外壁及管内壁焊接残余应力。结果表明,本模型管内壁和管外壁焊接残余应力有沿着焊缝中心线对称分布的特征,薄壁端与厚壁端相略有差异。管内壁和管外壁焊接残余应力主要表现为轴向应力和切向应力,径向应力幅值很小。对比分析管内壁及管外壁等效焊接残余应力,表明管外壁焊接残余应力较小,等效焊接残余应力峰值出现在厚壁端热影响区;管内壁焊接残余应力在根焊处较大,超过450 MPa,根焊处应力集中,为薄弱部位。     

5083铝合金焊缝开裂的原因分析及预防措施

通过力学性能试验及金相组织、断口形貌分析,对5083铝合金焊缝开裂的原因进行分析并制订出预防措施。试验结果表明:母材质量不稳定,造成部分母材及焊接接头熔合线部位在有腐蚀介质的环境下,出现腐蚀现象,产生腐蚀坑;熔合线处腐蚀坑在拉应力作用下发生裂纹,产生非过载的损伤型断口。提高母材质量后,将接头进行焊后去应力处理,未发生腐蚀现象,未发现接头裂纹。     

304/Q345R复合板焊接接头微观组织及残余应力

为研究复合板在焊接过程中复杂的热力学行为，利用ABAQUS有限元软件对304/Q345R复合板的焊接过程进行了数值模拟，通过热电偶和盲孔法获得了焊接接头的热循环曲线和残余应力分布规律，验证了有限元模型的正确性. 同时采用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头的微观组织、晶粒形貌和元素分布进行了分析，研究焊接接头部位的微观组织演化规律. 结果表明，焊接残余应力最大值为312 MPa，位于焊趾附近，残余应力沿焊缝至母材方向逐渐降低并趋于稳定. 在两种材料的交界面处发现残余应力不连续现象. 焊接接头微观组织主要由奥氏体和铁素体组成，复层熔合线附近的铁素体以板条状和针状形成带状过渡区，而熔合线附近的奥氏体晶粒成柱状形貌且尺寸更为微小.     

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.     

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。     

冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。     

高速动车组转向架构架焊接残余应力研究(一)

采用X射线衍射法,对CRH 380B型高速动车组转向架动车焊接构架的主要焊缝进行了焊接残余应力测试,每条焊缝测试区域涵盖了焊缝中心线、距离焊缝熔合线2,5,10,15,25 mm共6个测试点。测试结果分析表明:CRH 380动车焊接构架上每条焊缝的应力峰值控制在100~300 MPa中低值拉应力范围以内,大多位于焊缝中心线处,焊接残余应力整体上处于中低值拉应力水平。通过与普通客车CW-200K型构架对应8条焊缝部位进行对比研究,证明CRH 380B型高速动车组构架自身结构控制应力水平的能力明显强于普通客车构架;并从焊接应力控制的角度,对CRH 380构架焊接结构设计的特征进行了系统分析,总结出该构架焊缝拘束度小、焊缝分散设计、焊接结构平缓过渡设计以及焊缝少堆焊和小焊脚焊缝设计的焊接结构设计特色。     

焊缝为镍基合金的管线钢焊接接头应力腐蚀性能

用镍基合金Arc625焊材,采用钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding, TIG)方法焊接X65管线钢. 针对该类焊接接头,通过显微组织观察、电化学测试、氢渗透试验、四点弯曲以及能谱分析研究其H2S应力腐蚀开裂(sulfide stress corrosion cracking, SSCC)行为. 结果表明,该类焊接接头熔合线处有硬脆碳化物聚集,焊缝与热影响区间电化学腐蚀性能差异较大,焊缝的自腐蚀电流密度比热影响区小一个数量级,该类焊接接头整体抗氢渗透能力较强,SSCC试验后试样在熔合线处出现了裂纹,该裂纹由阳极溶解和氢渗透的双重作用所致. 熔合线处 C元素的聚集和Ni,Cr元素的偏析对焊接接头SSCC性能影响较大.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

EN1.4501超级双相不锈钢叶轮早期应力腐蚀开裂研究

用光学显微镜及电子扫描显微镜观察了叶轮本体与扰流板焊缝的微观组织以及焊缝处微裂纹的形貌。结果表明,应力腐蚀开裂萌生并扩展于熔合线附近的焊接热影响区,与母材相比,处于熔合线附近的叶轮本体显微组织发生了明显变化。焊接热循环直接导致熔合线附近的热影响区产生了Cr_2N,从而使其周边形成贫Cr区。贫Cr区的形成是焊缝组织耐蚀性劣化的根源,也是叶轮早期应力腐蚀开裂的主要原因。在不能进行焊后热处理的情况下,经现场验证取消叶轮近心部区域的四个扰流板不明显减弱扰流效果,同时可避免应力腐蚀开裂。     

激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响

为了研究激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响,对5 mm厚40Cr钢与45钢焊接接头进行激光冲击处理,分析了冲击后凹坑形貌以及冲击前后焊接接头残余应力、显微硬度的变化情况。结果表明,焊接接头不同区域产生不同程度的压塑性变形;焊缝区和热影响区的残余拉应力变为压应力,且在焊缝中心处有最大平均残余压应力396 MPa;冲击后焊接接头的显微硬度也得到一定程度的提高。激光冲击强化有效地提高了异型材焊接接头的性能。     

Failure analysis of T91/Incone1601 dissimilar metal welded joint under long-time and high-temperature service

对长时高温服役状态下发生开裂的T91/Inconel601异种钢焊接接头进行了组织结构表征和失效原因分析。结果表明,焊接接头的开裂性质为蠕变损伤造成的脆性开裂。焊接接头较高应力水平是构成开裂的力学因素,而熔合线靠近T91钢一侧碳化物富集带的产生是开裂的冶金因素。碳活度差异驱动的碳元素迁移和镍基焊缝中较低的碳原子扩散速度的综合作用造成熔合线附近T91钢侧碳化物富集析出。     

长时高温服役T91/Inconel601异种钢焊接接头失效分析

对长时高温服役状态下发生开裂的T91/Inconel601异种钢焊接接头进行了组织结构表征和失效原因分析。结果表明,焊接接头的开裂性质为蠕变损伤造成的脆性开裂。焊接接头较高应力水平是构成开裂的力学因素,而熔合线靠近T91钢一侧碳化物富集带的产生是开裂的冶金因素。碳活度差异驱动的碳元素迁移和镍基焊缝中较低的碳原子扩散速度的综合作用造成熔合线附近T91钢侧碳化物富集析出。