焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

X80钢管道焊接致氢富集及热处理数值模拟

为了探究焊后热处理对焊接残余应力及氢扩散的影响，采用Abaqus软件建立含六层环焊缝的X80钢管道模型，进行温度场、应力场和氢扩散耦合分析。结果表明，焊接产生的残余应力主要集中在焊缝区和热影响区，Mises等效应力峰值为580 MPa,已接近管材的屈服强度。管道材料内氢浓度沿着径向和轴向分布不同，但均与静水应力的分布规律相似。输氢管道焊后热处理的效果明显，可显著降低焊接残余应力、静水应力，从而降低氢富集浓度，减少焊缝处可能的氢脆现象发生。     

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.     

内压与焊接残余应力共同作用下高温管道蠕变有限元分析

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析,然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布.结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响,焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在,仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

Finite Element Analysis of High Temperature Piping Creep for Considering the Effect of Inner Pressure and Welding Residual Stress

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析, 然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布. 结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响, 焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在, 仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

焊接残余应力在热处理过程中的演变

利用有限元法,对Q345R钢焊后热处理进行模拟分析.结果表明,焊态残余应力在焊缝和热影响区具有较高的应力水平,远离焊缝热影响区,应力逐渐降低.热处理后,残余应力降低了近60%,最大值位于热影响区浅表区域.热处理不仅使应力降低,同时使得应力发生再分布,母材热处理后应力增加.热处理过程中,随着温度升高,屈服强度降低,材料发...     

焊接残余应力的分布和焊后热处理的应力松驰作用

通过钻盲孔法研究了里海型焊接试板焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力松驰的影响，讨论了适合生产实际的焊后热处理条件。结果发现，在焊缝区及其周围存在着高焊接残余拉应力，且纵向应力远大于横向应力。焊扫热处理能够显著降低焊接残余应力，并且焊后热处理温度越高，应力松驰效果越好。对于一般的工程需要，焊后热处理温度下限定于550℃较适宜，可使应力松驰率达到80％以上。在强烈腐蚀环境中工作的压力容器，为防止诱发应力腐蚀开裂，应选择620℃、30min或1h保留的焊后热处理，此时应力松驰率可达到90％以上。在热处理温度低于规范温度时，延长保温时间对于焊接残余应力的松驰影响不大。     

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。     

焊后热处理对TA2钛板氩弧焊接头显微组织和性能的影响

采用氩弧焊焊接TA2钛板，然后对焊态和焊后热处理后的组织与力学性能进行对比分析。结果表明，TA2钛板氩弧焊接头的焊缝宽度约为6 mm,热影响区宽度约为4 mm;焊缝组织主要由β等轴晶+内部针状α马氏体+少量α′马氏体构成，热影响区组织主要由α板条晶粒构成；焊缝硬度最高为195 HV0.5左右，电阻率比母材高且残余应力最大，横向和纵向残余应力分别达到500 MPa和225 MPa;经550℃焊后热处理后，焊缝晶粒尺寸与焊态基本一致，热影响区晶粒显著变小，焊接接头硬度显著增加，电阻率和残余应力都有所降低；经600℃焊后热处理后，焊接接头晶粒尺寸、显微硬度、电阻率与焊态基本一致，残余应力显著减小；经650℃焊后热处理后，焊接接头晶粒尺寸显著长大，显微硬度和电阻率降低，残余应力显著减小。     

湿H2S环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟

利用电化学渗透法测定了氢在16MnR低合金钢焊接接头处的焊缝金属、热影响区金属以及母材中的扩散系数.利用有限元软件ABAQUS,对16MnR钢焊接接头氢扩散进行数值模拟,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响,得到焊接接头扩散氢的浓度随时间的分布.结果表明,在焊缝和热影响区,氢的扩散系数和焊接残余应力较大,使氢在焊缝和热影响区聚集,降低材料的力学性能,使得焊接接头部位成为最薄弱环节,在湿H2S环境下很容易发生与氢有关的损伤和破坏.     

Residual welding stresses in laser beam and tungsten inert gas weldments of titanium alloy

Abstract

The residual welding stresses in laser beam (LB) and tungsten inert gas (TIG) weldments of a titanium alloy in thin plate form were investigated experimentally in the present work. A hole drilling technique was used to measure the residual stresses in the weldments. The effects of the welding method and post-weld heat treatment (PWHT) on the residual stresses were analysed. The results show that (i) the residual stress distribution in the LB welded joints is similar to that obtained for traditional fusion welding processes, although the distribution zone is much narrower in LB welding, (ii) the residual stress in the heat affected zone for LB welding is about 100 MPa lower than that for TIG welding, and (iii) PWHT in vacuum greatly relieves the welding residual stress.     

焊后热处理对特厚板20MnNiMo焊接残余应力的影响

为了研究焊后热处理对8万吨模锻压机主缸材料20MnNiMo焊接接头残余应力的影响,制定了窄间隙焊接方案和15 h×(550±10)℃焊后热处理方案,并通过盲孔法对焊接接头表面残余应力进行了测定和记录。得到了15 h×(550±10)℃焊后热处理对20MnNiMo厚板焊接接头残余应力场分布的影响。结果表明:15 h×(550±10)℃去应力退火可以很好的减小20MnNiMo厚板焊接残余应力,去应力效果显著,可以很好地改善20MnNiMo焊接残余应力的分布,该热处理方案满足实际产品需要,可以用于实际焊接生产中。     

3-D Finite Element Analysis of the Effect of Welding Residual Stress on Hydrogen Diffusion in Hydrogen Contained Environment

The hydrogen distribution of 16MnR steel weldment in hydrogen contained environment was calculated using the finite element method (FEM). The effect of welding residual stress on hydrogen diffusion has been discussed using a 3-D sequential coupling finite element analysis procedure complied by Abaqus code. The hydrogen diffusion coefficient in weld metal, the heat affected zone (HAZ), and the base metal of the 16MnR steel weldment were measured using the electrochemical permeation technique. The hydrogen diffusion without the effect of stress was also calculated and compared. Owing to the existence of welding residual stress, the hydrogen concentration was obviously increased and the hydrogen would diffuse and accumulate in the higher stress region.     

核用SA508-3钢特厚板焊后热处理有限元分析

为了得到SA508-3钢特厚板焊接残余应力分布及焊后热处理对残余应力分布的影响,利用有限元方法对焊接及焊后热处理进行了模拟计算,计算结果表明:焊后热处理对试板焊接应力分布趋势影响较小,但焊后热处理可以大大减小接头应力数值,其中,纵向应力最大减小幅度为72%,横向应力最大减小幅度为70%;焊接接头存在应力分布准稳定区,且接头内部残余应力水平最小,其次为接头上表面,接头下表面应力水平最大;通过残余应力测定试验与模拟结果比对,两者结果吻合度很高,说明计算模型及计算方法可靠,可以指导实际SA508-3钢特厚板焊后热处理生产.     

三维管接头焊后局部热处理加热宽度准则

提出了直接定量评定管接头焊后局部热处理应力释放效果的方法。构造了三维管接头焊接应力和局部热处理温度场,采用粘弹塑性有限元方法对管接头焊后不同局部热处理条件不应力分布特征进行了研究,对单道焊情况,不同焊接规范下的焊接应力分布具有相似性,焊接顺序对应力峰值位置的影响较小。对管接头热点处焊接应力在不同局部热处理条件下释放程度做了分析,在局部热处理加热宽度足够大情况下残余应力明显下降,周向和轴向应力分量与加热宽度的关系不同,周向和轴向应力的最优加热宽度分别为3.46√-Rr的4.8√-Rt。通过对局部热处理主要工艺参数的计算,推荐了正交管接头局热处理加热宽度准则。     

X80管线钢焊接接头氢分布的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件,建立了三维有限元模型,对X80管线钢焊接接头的氢扩散行为进行了模拟. 通过对不同焊接条件下温度场、应力场、氢扩散的三场耦合模拟,研究了焊接工艺参数对焊接接头中氢扩散及分布的影响. 结果表明,焊接热影响区残余应力水平最高,是整个接头的应力集中部位,也是焊接接头中的富氢地带. 适当地提高预热温度和焊接热输入,均有利于焊接接头中氢的扩散逸出,降低氢在焊接热影响区的聚集程度,从而降低氢致裂纹的敏感性.     

Numerical Investigation on Residual Stresses of the Safe-End/Nozzle Dissimilar Metal Welded Joint in CAP1400 Nuclear Power Plants

The residual stress evolution in a safe-end/nozzle dissimilar metal welded joint of CAP1400 nuclear power plants was investigated in the manufacturing process by finite element simulation. A finite element model, including cladding, buttering, post-weld heat treatment (PWHT) and dissimilar metal multi-pass welding, is developed based on SYSWELD software to investigate the evolution of residual stress in the aforementioned manufacturing process. The results reveal a large tensile axial residual stress, which exists at the weld zone on the inner surface, leads to a high sensitivity to stress corrosion cracking (SCC). PWHT process before dissimilar metal multi-pass welding process has a great influence on the magnitude and distribution of final axial residual stress. The risk of SCC on the inner surface of the pipe will increase if PWHT process is not taken into account. Therefore, such crucial thermal manufacturing process such as cladding, buttering and post-weld heat treatment, besides the multi-pass welding process, should be considered in the numerical model in order to accurately predict the distribution and the magnitude of the residual stress.