T91／G102异种钢接头应力分布的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件，对不同情况下T91／G102异种钢接头的应力状况进行了数值模拟。计算结果表明：采用中等强度匹配的焊材有利于降低接头焊接残余应力，采用焊后热处理可以降低接头中的焊接残余应力与工作应力，高温工作载荷下接头中会发生应力松弛，但G102侧焊接热影响区仍存在拉伸应力峰值。     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

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。     

蠕变对焊后热处理残余应力预测精度和计算效率的影响

基于MSC. Marc软件平台,开发了考虑蠕变效应的热-弹-塑性有限元计算方法。采用该方法模拟了Q345平板接头TIG重熔焊接过程和焊后热处理过程中的应力场,并重点研究了焊后热处理过程中蠕变效应对焊接残余应力的影响,基于数值模拟结果研究了焊后热处理消除残余应力的机理。同时,采用盲孔法实测了焊接及热处理后平板接头的残余应力,并与数值模拟结果进行了对比。此外,还探讨了2种不同的蠕变模型对焊后热处理残余应力计算精度的影响,针对Q345低合金高强钢,提出了一种简易高效、适合于工程应用的蠕变模型。结果表明:数值模拟得到的残余应力与实验值吻合良好,验证了所开发的集成计算方法的有效性。热处理计算过程有必要考虑材料的蠕变效应,否则会严重高估热处理后的残余应力。采用本工作提出的简易蠕变模型,在较少损失计算精度的前提下可使计算效率提高10倍左右。     

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.     

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力.结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力.风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33％;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65％.     

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。     

拘束状态下焊接工艺对T23钢管焊接接头残余应力的影响

在拘束和无拘束条件下,采用盲孔法对不同焊速和热处理温度下T23钢管的焊接接头进行残余应力分析。结果表明,外部拘束增加了焊接接头的残余应力。在其他条件相同的情况下,提高焊速有助于减少接头的残余应力。同时,焊后热处理可以有效降低残余应力,T23钢管焊后热处理温度以(740±10)℃最佳。     

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.     

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。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

异种钢管子对接焊热处理前后残余应力的数值模拟

采用热-粘弹塑性有限元模型,在考虑蠕变效应的基础上,对同种及异种钢管子环焊缝焊接及焊后热处理过程进行了数值模拟.计算结果表明,经过热处理过程后,管子焊接接头的残余应力有显著的降低,约为初始状态的1/3.在热处理后期,两种接头的残余应力均出现了一定程度的回升现象.基于在相同的计算条件下,异种钢焊接接头残余应力要高于同种钢.同时,比较了过渡层对接头残余应力的影响,发现过渡层宽度对于降低异种钢焊接接头残余应力水平有重要影响.     

TIG熔修后T形接头的焊接残余应力及消除

用红外热成像仪测量了P355NL1钢T形接头在焊接过程中的温度场分布,得到焊接过程的温度循环曲线,并且与有限元方法模拟的温度场结果吻合,验证模拟计算的准确性;使用盲孔法,测量了T形板焊接MAG焊后、TIG熔修后以及热处理后的残余应力;采用间接法利用温度场计算结果计算了T形接头试板焊接残余应力场,模拟结果与实际测量的残余应力趋势相符.结果表明,TIG熔修能一定程度的降低焊缝中心的残余应力,但增大了熔修区域的残余应力;而通过整体热处理能有效地消除熔修带来的大部分残余应力,但仍有部分残余应力存在.     

电阻焊和激光焊焊接超低碳钢显像管支架的磁性能

采用电阻焊焊接超低碳钢显像管支架会出现显示器图象失真、信号滞后等问题。实验证明这种现象可以采用焊后热处理的方式得以解决,但是这会提高能量的消耗和增加生产时间。而改用激光束来焊接来对显示器支架进行焊接,在不需要焊后热处理的情况下就能获得良好的显示效果。电阻焊焊接导致显示效果不佳的主要原因是由于其焊接后焊缝接头的微观组织畸变太大,致使焊缝处的矫顽力Hc和剩磁强度Mr大大提高,不利于从新磁化。但是采用激光焊接的焊缝微观组织畸变相对来说小得多,而且焊缝晶粒贴近于原始母材,所以对Hc和Mr的影响很小。因此,激光焊接的显像管支架不经焊后热处理也不会导致图象失真。     

AL - 6XN超级不锈钢与Q345R钢复合钢板工艺试验

采用爆炸焊接法对AL-6XN超级不锈钢与Q345R钢进行焊接,对复合钢板进行消除爆炸应力热处理。为保证焊接接头力学性能和耐蚀性能,复合钢板过渡层和覆层选用不同焊接材料和焊接方法进行试验,并对不同热处理温度下的复合钢板力学性能和耐蚀性能进行测试分析。结果表明,AL-6XN+Q345R复合钢板宜选择中温消除爆炸应力。复合钢板焊接工艺制定时,其过渡层和覆层应优先采用ERNi Cr Mo-3的氩弧焊工艺,以满足设备制造技术要求。     

高强度钢焊接区拘束应力的有限元分析

采用ANSYS有限元软件计算分析了HQ130高强钢焊接接头区拘束应力的分布。计算和分析结果表明，在气体保护焊线能量16kJ/cm条件下，HQ130钢焊缝表面的瞬时拉伸拘束应力最大达到800－1000MPa，焊缝底部的瞬时拉伸拘束应力达到500－600MPa。熔合区附近的应力梯度较大，这是高强度钢熔合区部位容易产生冷裂纹的重要原因之一。通过严格控制焊接线能量能减小焊接区的热应力，可防止焊接裂纹的产生。     

T250无钴马氏体时效钢薄壁件焊接工艺试验

为了确保T250无钴马氏体时效钢薄壁筒形压力容器的焊接质量和可靠性,制备薄壁片状、筒形焊接试件及角焊缝焊接试件进行了钨极氩弧焊焊接工艺试验。试验结果表明,T250钢具有良好的焊接性,薄壁件钨极氩弧焊不易出现冷裂纹,焊前不需预热,焊后不需进行消除应力的热处理;焊接时,应严格控制焊接电流,防止出现焊接缺陷;焊接后,焊接接头的强度不高,需要通过时效或固溶+时效处理才能达到超高强度钢的强度,其时效工序不可忽视。     

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。