X80管线钢水下湿法多道焊残余应力分析

采用不同焊接电流对X80管线钢板进行水下湿法焊接,同时利用175 A电流下陆地焊接试验进行对比,获得了焊接电流对水下湿法焊接接头的显微组织、硬度分布、温度场和残余应力分布的影响规律.结果表明,相同的电流条件下,水下焊接接头的显微组织类型和构成与陆上焊接接头不同,焊缝的显微组织主要为先共析铁素体、粒状贝氏体、条状贝氏体和针状铁素体,粗晶热影响区的显微组织主要为条状贝氏体和少量粒状贝氏体;水下湿法焊接接头比陆地焊接接头具有更高的硬度、冷却速度和残余应力水平.水下湿法焊接接头具有较高的残余应力水平,175～205 A范围内,随着焊接电流增加,焊缝中侧板条铁素体和针状铁素体数量有所增加,焊接接头最高硬度、等效残余应力峰值和纵向残余应力峰值略有下降.     

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律. 结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区. 激光功率在2.0 ~ 3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势. 但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.     

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.     

S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力

采用激光-MIG(metal inert gas welding, MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律. 建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球 + 三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响. 结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone, CGHAZ)的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上. 焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加. 等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中；随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升；但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.     

槽焊接头摆动焊热过程与残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元法对铝合金槽焊接头摆动焊过程进行了数值模拟,分析了其温度场与应力场的分布特征,探究了速度因素对焊接残余应力的影响。结果表明,槽焊接头摆动焊过程中焊缝中部温度要高于两侧;工件在中心焊缝区受纵向残余拉应力,焊缝两侧则转变为压应力;在焊缝尾部横向残余拉应力较大,尾部前端则存在较高的压应力;等效应力主要集中在焊缝附近,在焊缝尾部高应力区呈倒U形;横向与纵向残余应力峰值绝对值与焊接速度成正相关,与摆动速度则成负相关;等效应力具有相似的变化规律,且焊接速度的增加会减少焊缝区的应力峰宽度。     

焊接电流对36Mn2V/45异种钢焊接接头组织和力学性能的影响

采用CO_2气体保护焊焊接螺旋钻杆36Mn2V杆体和45钢叶片,运用宏观形貌、显微组织观察、显微硬度检测等方法研究了焊接电流对36Mn2V/45异种钢焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着焊接电流的增大,焊缝熔深与余高均增大,熔宽基本未变,焊缝成形系数减小。焊缝金属组织主要由侧板条铁素体、富碳马氏体、残余奥氏体以及弥散分布的粒状贝氏体组成。45钢侧粗晶区主要由马氏体和条状贝氏体组成。36Mn2V侧粗晶区主要由铁素体、马氏体及少量的粒状贝氏体组成。焊接电流较小时,焊缝金属和粗晶区的的组织较为细小均匀。接头热影响区和焊缝金属的显微硬度随着焊接电流的增大而降低。     

水下焊条半干式仰焊新工艺

为了克服水下湿法焊条仰焊位置难以施焊的困难,文中提出了一种水下焊条半干式仰焊新工艺,并阐明了该工艺的基本原理和操作方法,且对其焊接工艺性能、焊缝组织、硬度以及扩散氢含量进行了分析. 结果表明,所提出的半干式仰焊工艺可以实现水下焊条仰焊位置焊接,焊缝成形良好,对于直径3.2 mm的水下焊条最佳焊接电流范围为100~140 A,焊接电压为28~32 V;该方法焊缝微观组织主要为侧板条铁素体、针状铁素体和贝氏体,与传统水下湿法焊条焊相比,铁素体的含量增加而贝氏体含量减少;焊接接头最高硬度值和熔敷金属扩散氢含量也明显低于水下湿法焊条焊.     

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.     

奥氏体不锈钢单层焊与多层焊残余应力数值分析

基于SYSWELD有限元模拟技术,模拟奥氏体不锈钢对接接头单道单层焊和单道多层焊2种焊接工艺下的焊接残余应力场分布。单层焊采用大电流熔化极惰性气体保护焊,多层焊第1层采用钨极氩弧焊,中间层和表面层采用焊条电弧焊,同时对结果进行分析比较。结果发现:单道多层焊比单道单层大电流焊焊接效果好,焊接残余应力最大值分布区域更小,因为多层焊的焊接电流小,焊接层次增加使得热输入小,造成受热范围减小,同时后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用,因而改善了残余应力和焊接接头组织。研究方法和研究结果为对接接头的残余应力预测和焊接质量控制提供参考。     

焊接热源功率和速度对GTAW焊接接头残余应力的影响

使用有限元计算方法对06Cr19Ni10奥氏体不锈钢钨极氩弧焊焊接接头进行温度场和残余应力场分析。建立焊接移动热源模型,基于FORTRAN语言使用ABAQUS有限元子程序DFLUX进行编译加载,在焊接线能量400J/mm下获得了最佳接头尺寸。通过等比例改变焊接热源功率和焊接速度研究了温度场和残余应力场变化规律。结果表明:随着焊接热源功率和焊接速度的增加,焊缝中心峰值温度上升,随横向距离的增大,峰值温度差异性减小;而纵缝上残余应力分布变化较小,横缝上残余拉压应力增大。     

转向架构架T形接头单丝、双丝焊接热源模型及应力场数值模拟

为了探究动车组转向架构架T形接头单丝、双丝GMAW焊接温度场及应力场分布特征,基于ABAQUS有限元分析软件,采用数值模拟与实际测量相结合的方式,以转向架侧梁SMA490BW耐候钢T形接头为研究对象,分别建立了单丝及双丝焊的热源模型,模拟了接头的焊接温度场和焊后残余应力场,并通过试验对模拟结果进行了验证.结果表明:单丝焊和双丝焊的焊缝模拟尺寸与测量结果的相对误差均不超过5％.与单丝焊相比,双丝焊的熔池峰值温度提高,熔池在长度方向上被拉长,焊缝厚度明显增大,焊脚尺寸也略有增大,焊后残余拉应力分布范围有所减小,焊缝最高残余拉应力下降8.5％.     

喷丸改善Q235B对接焊接头残余应力场的有限元分析

以Q235B钢板对接焊接头残余应力场为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立焊接接头喷丸模型,研究喷丸改善焊接接头残余应力情况。首先通过焊接模型得到Q235B对接焊接头的温度场和残余应力场,然后将提取的焊接残余应力结果作为初始条件导入到喷丸模型中,对比喷丸处理前后焊接接头的残余应力。结果表明:有限元焊接模型能较准确地模拟Q235B钢板的焊接过程,焊后残余拉应力集中在焊缝及其周边,焊件过渡区表面无论横向还是纵向均存在较大的残余拉应力。通过适当的喷丸表面处理,焊件过渡区表层的残余拉应力变为压应力,随着弹丸速度和弹丸直径的增加,过渡区表面残余压应力、最大残余应力、最大残余应力深度和残余压应力层深均有所增加。在喷丸覆盖率为100%情况下,增加弹丸直径能在焊件过渡区产生更利于疲劳性能的残余应力场,而增加速度对残余应力场的改善则不如增加直径明显。     

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。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

316L不锈钢T型接头温度场与应力场数值模拟

运用SYSWELD模拟软件分析了316L不锈钢T型接头的温度场与应力场,并利用试验方法对模拟结果进行了验证。试验结果与数值模拟结果吻合良好,证实了模拟316L T型接头的可靠性。结果表明,T型接头截面温度分布由扇形分布向椭球状分布转变,且随着焊接道次的增加,温度分布区域增加;焊接时温度场沿焊缝中心呈对称分布,其焊缝区与母材区温度差异较大;第2道焊接的温度峰值明显最大,其腹板温度的峰值温度明显高于翼板的峰值温度,且随着离焊缝越远,其热循环曲线变化越小;不论是纵向残余应力还是横向残余应力,其沿焊接方向上均呈帽状分布,最大纵向残余拉应力出现在焊缝中部,而最大横向残余应力出现在靠近中部焊缝位置;垂直于焊缝的纵向残余应力和横向残余应力均表现出近焊缝区较大拉应力。     

X80管线钢平板多层对接焊数值模拟

管线钢在实际焊接过程中多采用多层焊,其焊接过程较单层焊更为复杂。利用SYSWELD专业焊接模拟软件,对X80管线钢中厚板平板多层焊焊接温度场及应力场进行数值模拟,研究焊接速度、预热温度及层间温度对焊接温度场和熔深的影响。结果表明,随着焊接速度的增加,焊接温度场的最高温度下降,熔深减小。提高预热及层间温度对温度场无显著影响。残余应力集中在焊缝及近缝的热影响区。最大纵向残余应力出现在打底层的焊缝根部,其峰值大于横向残余应力峰值。     

焊接速度对核压力容器焊接残余应力的影响

采用ANSYS有限元分析法,并利用热-结构耦合及生死单元技术,模拟不同焊接速度对核压力容器上马鞍形焊缝焊后残余应力的影响。通过分析焊后温度场和应力场,发现焊缝中心的残余应力最大,随着距焊缝中心距离的增加,应力逐渐变小。其中焊接速度为450 mm/min和400 mm/min时焊后等效应力变化趋势基本吻合,而420 mm/min时焊后的应力值略高于其他两种。     

钢管混凝土拱桥大管径拱肋环焊缝焊接数值模拟

为了研究大管径拱肋环焊缝焊接接头残余应力分布规律，用ANSYS软件对直径1 400 mm，厚度26 mm的拱肋环焊缝进行了焊接温度场及应力场数值模拟. 分析了焊接过程的温度分布云图及应力分布云图，获取了特征节点的热循环曲线，分析了焊后内外表面各残余应力分布情况及内表面残余应力形成过程. 结果表明，等效残余拉应力峰值出现在钢管内表面焊缝底部. 焊后径向和环向残余应力在内、外表面大部分区域形成压应力，轴向残余应力在内、外表面形成拉-压相间的应力分布，等效残余应力在内、外表面均为拉应力. 残余应力形成过程中，第2 ~ 7层的径向、环向、轴向及等效残余应力曲线与第1层径向、环向、轴向及等效残余应力曲线相比，除在波峰及波谷处有较小变化外，其它区域残余应力几乎不变.     

304不锈钢激光焊接头敏化行为研究

对304不锈钢激光焊接头进行了650℃敏化处理,利用SEM, OM, XRD及显微硬度计对接头组织特征、硬度分布以及碳化物的析出与分布进行了分析。结果表明,敏化处理后, 304不锈钢激光焊接头中形成的碳化物呈条虫状分布于奥氏体和残余δ铁素体晶界,发生晶间腐蚀;激光焊接头由于冷却速度较快,整体组织细化,焊缝金属硬度高于母材,敏化处理后,焊缝中碳化物大量析出导致焊缝金属硬度显著下降。     

地铁转向架构架脉冲MAG焊工艺及数值模拟

文中以地铁转向架构架中典型T形接头为研究对象,选用高频脉冲MAG焊和常规脉冲MAG焊方法,使用合理的焊接工艺参数对12 mm厚S355J2W耐候钢进行焊接。用Sysweld数值模拟软件,采用热弹塑性法顺序耦合的方式对T形接头进行温度场、应力场仿真分析,并对接头焊趾处的残余应力进行了测试。结果表明：与常规脉冲MAG焊相比,高频脉冲MAG焊接头具有峰值温度较高、冷却速度更快的热循环特征;无论是高频脉冲MAG焊还是常规脉冲MAG焊,残余应力最大值均在焊缝区,且随着焊缝距离逐渐增大,残余应力逐渐减小并趋于零,高频脉冲MAG焊焊趾处最高残余应力实测值比常规脉冲MAG焊时的减小13.7%(数值模拟的减小约20.1%)。残余应力实测结果与模拟仿真结果基本吻合,验证了数值模拟结果的准确性和可靠性。