大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。     

激光热处理对1Cr5Mo钢焊接接头组织结构的影响

利用CO_2激光对1Cr5Mo耐热钢焊接接头进行表面热处理,通过4XC型光学显微镜对激光热处理前后焊接接头各区显微组织和晶粒度等级进行分析,并采用X射线应力仪测定激光热处理前后焊接接头残余应力和残余奥氏体的分布规律。结果表明:经激光热处理后1Cr5Mo耐热钢焊接接头表面晶粒发生细化,焊缝区、熔合区、过热区和正火区晶粒等级由9级、9.8级、8级和10.7级提升至10级、10.2级、8.5级和11级,组织结构薄弱区域由过热区、焊缝区和熔合区减少为过热区,均匀性得到了明显改善;激光热处理消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了深度约为0.28mm的残余压应力层,残余奥氏体含量有所提高,分布更均匀,有利于改善其力学性能。     

轨道车辆型材结构搅拌摩擦焊残余状态研究

目的 研究轨道车辆中典型的箱型和V筋结构型材搅拌摩擦焊残余状态。方法 采用顺序热力耦合方法进行了搅拌摩擦焊残余应力及变形的仿真研究。结果 给出了上下壁板焊缝区域的残余应力大小及分布规律,阐述了两种结构的横向和纵向残余变形特征。对V筋结构型材,分析了不同筋板角度对焊接残余状态的影响。结论 残余应力方面,主要表现为纵向残余应力,上下壁板两条焊缝的残余应力峰值相近,高应力分布区域宽度差别较大。残余变形方面,箱型结构呈马鞍形,V筋型材呈下凹形。V筋型材筋板夹角的变化对残余应力没有显著影响。筋板角度增大,纵向残余变形减小而横向残余变形增大。     

高强度船体钢环形拘束焊接接头残余应力的分布

本文采用数值模拟的方法,对船体结构的某一环形拘束焊缝进行焊接残余应力的模拟计算.同时采用压痕式应力测试仪,对实际船体结构进行测试,并与模拟结果相对比验证.结果表明,模拟结果与实测结果测得的焊接残余应力分布规律基本一致,环形拘束焊缝纵向残余应力大于横向残余应力,最大焊接残余应力位于靠近热影响区的直线段焊缝近表面处.     

国产Q460高强度钢材焊接工字形截面残余应力试验及分布模型研究

焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性;由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.     

浦东国际机场钢屋架上弦主梁的残余应力测定与分析

利用X射线应力测定技术对浦东国际机场钢屋架上弦主梁的残余应力进行现场测定。简要阐明了造成不同焊缝应力分布的原因及火工校弯成形工艺对构件残余应力分布的影响。     

316L奥氏体不锈钢碱液储罐开裂原因

某核电站316L奥氏体不锈钢碱液储罐发生了泄漏,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试及残余应力分析等方法对该储罐开裂原因进行了分析。结果表明：储罐内壁焊缝两侧出现与焊缝平行的环向裂纹和垂直的轴向裂纹,前者主要受焊接残余拉应力作用,后者主要受冷加工残余拉应力作用,两类裂纹均为碱致应力腐蚀开裂。     

Q345钢对接焊缝的残余应力测试

Q345低合金钢是大型起重机械主要受力结构件的制造用材,其母材及焊缝的残余应力是影响起重结构疲劳寿命的重要因素。试验采用X射线衍射法对Q345钢对接焊缝试样的残余应力进行测试分析,得到Q345铜表面残余应力的分布曲线。结果表明焊缝熔合线区域的残余应力梯度较大,该区域应重点关注。     

Q355钢板对接接头裂纹扩展所致焊接残余应力重分布研究

目的 定量研究裂纹扩展导致的焊接残余应力重分布效应,得到残余应力随裂纹扩展的变化规律。方法 首先采用盲孔法测试了Q355钢板对接接头的初始残余应力;其次利用线切割技术模拟了平行以及垂直于焊缝的裂纹扩展情况,并测试了裂纹扩展导致的残余应力变化量;最后根据测试数据提出了残余应力释放量Δσ与裂纹长度a之间的函数关系式,进一步得到了基于裂纹扩展的应力重分布计算公式。结果 Q355钢板对接焊的焊缝区纵向(沿焊缝方向)存在较大的残余拉应力,拉应力峰值出现在焊趾处,为屈服强度的1.13倍。焊缝区横向存在梯度较大、拉压交替变化的残余应力,压应力峰值出现在焊趾处,大小为52.6 MPa,拉应力峰值出现在距焊缝中心线17 mm处,大小为63.5 MPa。裂纹扩展能显著释放残余拉应力:裂纹沿焊缝中心扩展,横向残余拉应力峰值降低了45.8%;裂纹沿垂直于焊缝方向扩展,焊趾处的拉应力峰值降低了63.3%。结论 裂纹扩展会显著影响焊接构件的残余应力分布,根据实测数据提出的裂纹扩展应力重分布计算公式能够较好地反映残余应力重分布情况。     

浦东国际机场钢层架上弦主梁的残余应力测定与分析

利用Ｘ射线应力测定技术对浦东国际机场钢屋架眩弦主梁的残余应力进行现场测定。简要阐明了造成不同焊缝应力分布的原因及火工校弯成形工艺对构件残余应力分布的影响。     

圆钢管加工方法诱导的残余应力分布检测与分析

为了研究圆钢管加工方法诱导的纵向残余应力分布规律,该文采用盲孔法对截面规格为 φ325×8的5组15个不同强度、不同加工方法的圆钢管试件进行了测量。基于测量数据,得到了试件截面残余应力分布和拉、压残余应力的数值大小,研究了埋弧焊、高频焊和热轧三种不同加工方法对残余应力分布的影响。试验结果表明,埋弧焊对圆钢管截面纵向残余应力的影响强于高频焊,高强度焊接圆钢管的残余应力分布比较均匀,且焊缝区最大残余拉应力分布在焊缝两侧各40 mm区域内;普通强度钢管截面的最大纵向残余压应力为0.35σ_y,而Q690高强钢焊接圆钢管截面的最大纵向残余压应力为0.21σ_y,同中点截面的纵向残余应力峰值相比,起焊点和落焊点截面处的纵向残余应力峰值偏小。不同于焊接圆钢管,热轧无缝圆钢管同一截面内外表面的最大纵向残余应力数值大小相同,符号相反,其最大值为0.15σ_y。     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

钛合金薄板激光和钨极氩弧焊残余应力测试研究

采用小孔释放法对钛合金薄板激光焊和钨极氩弧焊(TIG焊)的焊接残余应力进行了测试，并分析了焊接方法、焊接线能量和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：激光焊残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；在热影响区内，激光焊残余拉应力值比TIG焊的约低100MPa；在焊缝及其熔合线附近，激光焊残余应力却比TIG焊的高。对于不同线能量激光焊接，线能量越大，焊缝越宽，热影响区的残余应力也越大。焊后真空热处理能降低残余应力90％。     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

喷丸处理对2219铝合金搅拌摩擦焊焊接残余应力的影响

对2219铝合金板进行了搅拌摩擦焊(FSW)和喷丸处理，采用X射线衍射仪(XRD)测量了搅拌摩擦焊和喷丸产生的残余应力，分析了残余应力的分布特征，研究了弹丸直径、弹丸材料、喷射距离等参数对搅拌摩擦焊接残余应力分布的影响。结果表明：焊接后，焊缝附近存在较大的残余拉应力，焊缝中心线±20 mm范围内的平均应力高达100.9 MPa,而远离焊缝的母材区域接近零应力状态；喷丸后，试样残余应力分布发生显著变化，表层残余应力表现为压应力，并且该压应力数值随着深度的增加先增大后减小，最后保持为拉应力；增大弹丸直径可提高最大残余压应力值和残余压应力层深度，但当弹丸直径继续增大至1.2 mm时，最大残余压应力值不再继续增大；选用合适的弹丸材料可获得理想的残余压应力分布情况；随着喷射距离的增大，最大残余压应力值和残余压应力层深度先增大后减小。     

焊接顺序对管状大厚度V形接头焊接残余应力场的影响

在工业级大型结构中,大厚度钢的应用越来越广泛,由于结构的复杂性,组件间不可避免地需要熔化焊连接;对于大厚度结构,通常采用多层多道焊,而多层多道焊的焊接工艺选择不合理或多焊缝间的焊接顺序选择不当时,会造成焊接结构的局部区域残余应力过大或焊接的残余变形过大,影响结构的服役时间.为了得到管状大厚度V形接头焊接最优工艺方案和残余应力分布规律,本研究利用非线性有限元软件Marc从多层焊焊接顺序的角度,对管状大厚度V形接头焊接残余应力场的影响进行了有限元数值分析,并通过实际测试结果进行验证.分析结果表明:在多层焊的过程中,采用对称焊接的方法得到的焊接残余应力最小;对于管状环形焊缝,内侧焊缝在焊接路径上的残余应力值大于外侧焊缝.     

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接接头残余应力数值模拟研究

目的 采用数值模拟方法代替传统测量方法,以准确模拟不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布规律及预热温度对焊接残余应力的影响规律。方法 采用TIG焊接方法对304不锈钢进行圆管纵缝焊接试验,以最优焊接工艺参数为基础,基于ABAQUS有限元仿真软件,采用热力完全耦合模型,在DFLUX子程序中运用Fortran语言对模型进行汇编以完成ABAQUS的二次开发,模拟薄壁管件纵缝焊接热力耦合过程,并在模拟结果上添加预热温度为150 ℃的预热工艺。结果 304不锈钢薄壁管件焊接过程中会产生较大的残余应力,局部区域接近管材的屈服应力。纵向残余应力趋于焊缝中心方向由压应力转化为拉应力,焊缝中心横向应力承受压应力,并且随着向焊缝两侧移动,横向残余应力值逐渐趋近于0。焊缝厚度方向上的径向应力值变化幅度较小。预热可以有效降低不同方向上的焊接残余应力,其中对纵向残余应力的改善最为明显。结论 数值模拟方法能够准确计算出不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布,预热处理能够有效降低接头残余应力。     

蜂窝构件开孔截面焊接残余应力分布研究

该文采用盲孔法,对7根蜂窝式钢构件开孔处截面焊接残余应力进行检测,对比六边形和圆形两种典型孔型下,不同开孔率、开孔方式蜂窝构件开孔处截面纵向焊接残余应力数值大小和分布范围。分析不同影响因素下,蜂窝构件开孔处板桥残余应力变化特点。结果表明:蜂窝构件开孔处截面焊接残余应力较实腹构件分布趋势相似,焊缝区残余应力峰值接近钢材屈服强度。蜂窝构件腹板开孔形状对焊接残余应力分布影响很小;板桥残余应力峰值随着开孔率的增大而减小;腹板直接开孔蜂窝构件较切割错位焊接蜂窝构件残余应力分布有所不同。在试验数据数值分析的基础上,提出了不同加工工艺下蜂窝构件开孔截面焊接残余应力分布模式,为后续蜂窝构件整体稳定承载力研究提供基础数据。     

铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试

对铸造TC4钛合金进行电子束焊接,使用X射线衍射法对焊后母材、热影响区以及焊缝的表面残余应力分布状况进行测试和分析。结果表明：垂直于焊缝方向的测试点上,焊缝及热影响区在横、纵两个方向上主要存在拉应力;剪切应力数值均在±50MPa范围内,可以认为对焊缝性能没有影响。沿焊缝长度方向的测试点上,无论横向应力还是纵向应力,焊缝起始端的应力值要低于焊缝终止端的应力值。纵向残余应力表现为拉应力,横向残余应力由压应力逐渐向拉应力方向转变。     

焊接残余应力调控技术的研究与应用进展

残余应力在焊接构件中普遍存在，不均衡分布的残余应力是构件变形和开裂的根源，直接影响焊接构件的承载能力、稳定性和服役寿命。焊接残余应力随构件服役环境及外界载荷变化而动态分布，对残余应力的消减、均化应贯穿焊接构件设计、生产和服役全生命周期。焊接变形及残余应力控制关键在于塑性区的调控，合理的焊接顺序能有效降低工件应力集中并改善其分布状态，及时的焊前预热及焊后回火能有效降低接头温度梯度、松弛应力集中、消减残余应力。对焊缝的锤击松弛处理能抵消部分焊缝区收缩，减小残余拉应力。对焊缝及周边区域施加拉伸、振动时效、超声冲击和喷丸强化等力学形变载荷，可与焊件内部应力叠加促进塑性形变，释放、均衡残余应力。这些方法各有优势，但均需密切结合构件材料、结构及性能控制要求来进行选择。随着制造业转型发展及绿色环保政策驱动，未来工程装备残余应力调控技术会向绿色环保、柔性高效、过程可控、专业化方向转变。