一种降低残余应力的新方法——脉冲磁处理法

脉冲磁处理是一种崭新的非热处理型降低焊接结构中残余应力的方法,本工作在国内外属首次开发开展定量研究。由试验表明,无论是定拘束单向拉伸试样,还是焊接试样,适当的强脉冲磁处理后,残余应力水平均发生了明显的下降。在大刚度拘束焊接试样上的结果表明,在距焊缝４０ｍｍ附近处的纵向与横向残余应力下降了１００－１５０ＭＰａ,下降率达４０％以上,原有不同水平的残余应力值都呈下降趋势,表现为纵向与横向应力分布曲线呈一     

电弧增材制造钛合金界面处残余应力及其影响研究

采用电弧增材制造方法制备了含增材/基材界面钛合金板,采用轮廓法测量了其残余应力分布。建立了模拟紧凑拉伸(C(T))试样加工和裂纹扩展过程中残余应力发展的有限元模型,缺口状态C(T)试样内残余应力分布与轮廓法测试结果吻合良好。采用该模型讨论了试样内残余应力随裂纹扩展的变化规律及对裂纹扩展的影响。试验和数值分析结果表明:2种类型试样缺口状态的残余应力分布有很大差别,A类试样(缺口位于基材)残余压应力区域靠近缺口根部,C类试样(缺口位于增材)残余压应力区域远离缺口根部;A类试样内残余应力随裂纹扩展迅速释放,残余应力引起的应力强度因子较小;C类试样内残余应力随裂纹扩展变化较小,残余应力引起的应力强度因子较高,降低了疲劳裂纹扩展寿命。     

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.     

预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响

在预拉伸应力作用下，进行了厚度为4mm的5A05铝合金试板的焊接，焊后残余应力及变形的测定结果表明．预拉伸焊接法可有效减小铝合金薄板焊后的纵向残余应力、纵向挠曲变形和平面变形。在弹性应力范由内，随着预应力的增大，试板的残余应力峰值、纵向挠曲变形及平面变形均逐渐减小。分析认为，预拉伸应力部分抵消了焊接区热膨胀产生的压缩应力，从而减小了压缩塑性变形，进而减小了冷却时焊接区域的拉伸应力水平，相应地远离焊缝区域的压缩应力也随之减小。     

实时超声冲击消减焊接残余应力

为了消减焊接残余应力,在焊接时对熔池后方焊缝的背面进行超声冲击.结果表明,实时超声冲击能够有效地消减焊接残余应力,其消减焊缝纵向残余应力比消减横向残余应力的效果显著.当在弹塑性转变温度区进行冲击,且冲击头直径较小、形状为球冠形时,消减焊接残余应力的效果更好.实时超声冲击消减焊接残余应力的机理是:在焊缝背面施加超声冲击能使焊缝正面产生拉伸塑性变形,抵消更多升温膨胀时所产生的压缩塑性变形,从而消减焊后的残余应力.     

高速列车铝合金车体枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力分布特征

采用超声波法对铝合金枕梁部件搅拌摩擦焊(FSW)接头和熔化极气保护焊(MIG)接头分别进行了残余应力测量。结果表明,FSW固相焊接头的纵向应力和横向应力均为拉伸残余应力,其中纵向应力水平远高于横向应力。纵向应力在FSW焊缝两侧呈不对称分布特征,在搅拌头的前进侧应力值较高,而在返回侧应力值较低,最高应力位于前进侧的轴肩作用边缘处。MIG熔化焊接头在焊缝及近缝区的纵向应力和横向应力也为拉伸残余应力,且在MIG焊缝两侧呈对称分布特征,其中纵向应力高于横向应力,最高应力位于焊缝及热影响区。     

厚板镁合金MIG焊焊接残余应力场的数值模拟

依据镁合金焊接特点,针对10 mm厚AZ40M镁合金制订合理焊接工艺.在进行温度场与残余应力的有限元模拟分析中,考虑材料物理性能参数随温度的非线性变化,采用生死单元技术及双椭球移动热源模拟焊接过程,用间接法进行耦合计算.计算结果表明:热源经过的焊缝部分温度达到材料熔点,升温降温快,远离焊缝部分温度梯度小.焊后横向最大压应力在焊缝两端,最大拉应力在距焊缝中心线30 mm处;纵向最大拉应力在距焊缝中心线15～35 mm处,最大压应力在距焊缝中心线45～70 mm处.对最大残余应力区域的关键点进行分析测量验证,测量结果与计算结果相符,得到的残余应力循环曲线与实际理论相符.     

残余应力对Super304H焊缝金属再热裂纹敏感性的影响

采用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样具有更高的残余应力,更容易产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。     

激光焊接T型接头残余应力测试

采用YAG激光对2 mm厚SUS304不锈钢薄板T型接头进行焊接,用小孔释放法对其残余应力进行测试,并分析了线能量对残余应力分布规律的影响.研究结果表明:不锈钢激光焊接T型接头纵向残余拉伸应力约为120～140 MPa,而横向残余拉伸应力只有50～60 MPa.激光焊接线能量增加时,纵向残余拉应力峰值降低,而横向残余应力峰值随着焊接线能量的增加而变大.T型接头残余应力总体分布趋势与对接接头残余应力分布规律类似.     

喷丸表面屈服点测定和屈服现象研究

当试样表面存在横向残余应力时，应该用双轴应力场下的Mises屈服判据计算表面屈服点对于整体拉伸物理屈服点为581MPa的退火40SiMnCrNiMoV钢．喷丸表面0．05%的拉伸和压缩条件屈服点分别为791和785MPa，0．1%的拉伸和压缩条件屈服点分别为866和800MPa，远远超过基材的整体物理屈服点。文中对该试验现象进行了讨论。     

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.     

补焊长度对P92补焊残余应力的影响

基于有限元模拟软件SYSWELD,通过建立P92钢板补焊过程的三维有限元模型,计算了补焊过程的温度场及应力场分布,讨论分析了不同补焊长度对残余应力分布的影响. 结果表明,无论是横向还是纵向残余应力,较大的拉应力水平都出现在焊缝和热影响区附近,同时在母材处应力值逐渐降低. 随着补焊长度的增加,横向残余应力在结构表面中心,热影响区和焊缝位置均存在下降趋势. 对于纵向残余应力来说,随着补焊长度的增加,应力值在焊缝位置呈下降趋势,而结构表面中心和热影响区变化较小.     

Influence of martensitic transformation on welding residual stress in plates and pipes

Martensitic filler metals with low transformation temperatures can efficiently mitigate harmful tensile welding residual stress. It is vital to clarify the difference in the influence of martensitic transformation for different shapes of welded joints. This article outlines the influence of martensitic transformation in a butt-welded plate and a butt-welded pipe which were designed to have the same dimensions of the cross-section perpendicular to weld line. A clear difference in the influence of martensitic transformation was found in these two joints. Longitudinal tensile stress in weld zone is efficiently reduced in both joints, whereas longitudinal tensile stress is formed in base metal near the weld zone in the pipe. A notably greater influence on transverse stress is found in the pipe than in the plate.     

Influence of the repair length on the residual stress in P92 steel repair welds

Based on the SYSWELD software, a 3D finite element simulation is performed to investigate the temperature field and residual stress in the repair weld process of P92 steel plates. The results show that large tensile residual stresses are generated in the repair weld and the heat-affected zone(HAZ), which gradually decrease with distance in the surrounding base metal. With an increase of the repair length,the transverse residual stress decreases in the middle of plate surface, the HAZ and the weld metal. The longitudinal stress shows a declining trend in the weld metal with an increase of the repair length, while in the middle of plate surface and the HAZ, the longitudinal stress is only minimally affected by the repair length.     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.     

Effect of preheat on residual stress distributions in arc-welded mild steel plates

Residual stress distribution in the longitudinal and transverse directions on a 6-mm-thick arc-welded mild steel plate was experimentally examined with and without initial preheat. Stress measurements were completed by monitoring strain changes on mounted strain gauges resulting from successive milling of the welded plate specimens. Machining stresses were also compensated for by carrying out measurements of strain changes due to milling operation of a stress-free unwelded annealed mild steel plate. High tensile residual stresses exist close to the weld line in both longitudinal and transverse stresses. Maximum longitudinal residual stress values existing close to the weld line are reduced (between 50 and 75%) due to the effect of initial metal preheat of 200 °C of the welded steel plate.     

焊接残余应力对高强度钢低匹配对接接头静载强度的影响

采用有限元方法研究了焊后拉伸条件下高强度钢等匹配和低匹配对接接头内部应力的变化情况。结果表明,焊后横向和纵向拉伸载荷增至临界失效载荷期间,等匹配和低匹配接头的焊缝区和母材区应力均一直持续增加,但焊缝及近缝母材区应力在焊接残余应力基础上的增加较远端母材区缓慢;最终近缝母材区的应力明显高于远端母材区,未表现出内应力完全调匀的特征;这意味着由于焊接残余应力的存在,高强度钢宽板等匹配焊接结构的静载强度可能略有损失,而高强度钢宽板低匹配焊接结构更将在焊缝低强的影响下损失更大的静载强度。     

电磁锤随焊锤击控制焊接应力变形新工艺

通过用电磁锤锤头对焊后尚处于高温状态的焊趾和焊缝区金属施加一定频率的锤击力,迫使焊趾处的金属向焊缝中心流动,抵消致裂拉伸应变,达到防止焊接热裂纹的目的;同时使焊缝金属在纵向和横向充分延展,降低了焊接残余应力.试验结果表明:该工艺简单可靠、轻便灵活,不但能控制焊接变形、防止焊接热裂纹的产生,而且能使焊缝组织均匀细化;与未锤击时相比,试件焊缝纵向残余应力平均下降了约90%.