固态相变对P91钢激光对接接头残余应力的影响

基于SYSWELD软件,模拟了P91钢激光对接焊时的温度场和焊接残余应力,并探讨了固态相变产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响. 数值模拟结果表明,体积膨胀和屈服强度变化对焊接残余应力的大小与分布有显著的影响; 相变塑性在相变过程中有"应力松弛"效应,对焊缝和热影响区的纵向和横向残余应力的值有一定程度的影响. 对比数值模拟结果与试验结果可知,采用文中建立的有限元模型计算得到的残余应力与中子法测量得到的结果基本吻合,在考虑相变塑性的情况下,计算结果与实测值吻合更好.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

不同异种钢管道焊接接头残余应力的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的热应力有限元计算程序,对0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20异种钢焊接接头残余应力进行了有限元模拟分析.结果表明,无论是采用奥氏体不锈钢焊条A302焊条还是镍基焊条Incone182焊条,0Cr18Ni9/20钢和1Cr5Mo/20钢焊接接头中最大的轴向残余应力和环向残余应力产生在20钢侧的热影响区,0Cr18Ni9侧有最小的焊接残余应力.采用Incone182来代替A302可以有效地降低残余应力值,提高抗应力腐蚀开裂的能力.     

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.     

Review on finite element analysis of welding deformation and residual stress

Welding deformation and residual stress have negative influence on assembly accuracy and service performance. Thermal elastic plastic (TEP) and inherent strain finite element analysis (FEA) methods were used to study this challenge. Basic principle of these two methods was first introduced. The influence of welding process, constraints, solid phase transformation and multi-pass welding on deformation and residual stress was discussed, and computation accuracy and efficiency were summarised. Loading method of inherent strain in inherent strain FEA was analysed, interface element was introduced to simulate effects of the gap on deformation in assembly welding especially for large structures. The future work, including accurately multiscale TEP model, efficiently transient prediction method of large structures, and flexible evaluation software, was planned.     

固态相变对P91钢焊接残余应力的影响

基于SYSWELD软件,首先模拟了P91的Satoh试验,得到加热、冷却过程中的温度-应力曲线. 通过Satoh试验探讨了因固态相变引起的体积变化、屈服强度的变化和相变过程中的超塑性对残余应力形成过程的影响. 随后,以平板TIG重熔模型为研究对象,系统讨论了固态相变对焊接残余应力分布和大小的影响. 结果表明,体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著影响,它不仅可改变焊缝及HAZ处的应力大小,甚至可能改变应力的符号. 相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成及最终应力值的大小也有较明显的影响. 相变塑性的影响比前两者小,它在相变过程中有一定的"应力松弛"效应.     

相变塑性对低温相变钢焊接接头残余应力计算精度的影响

基于JWRIAN焊接数值模拟软件,开发了考虑固态相变的热-冶金-力学耦合的数值计算方法来模拟低温相变钢的焊接残余应力.重点讨论了固态相变中的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响.结果表明,相变引起的体积变化和屈服强度变化对最终的焊接残余应力分布和大小有显著影响,相变塑性与前两者相比较影响相对较小,但它对焊缝和热影响区在相变过程中的应力变化趋势有一定的减缓作用,从而适度"松弛"了残余应力.     

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.     

焊接顺序和焊接结构对振捣座残余应力的影响

焊接残余应力大小影响整机的性能和使用寿命,研究振捣座的残余应力分布有着重要的工程意义。利用焊接数值模拟手段,对整机振捣座的不同焊接结构和多种焊接顺序进行优化分析,获得振捣座的焊接残余应力分布状况,结合实验手段,验证有限元模型的正确性和有效性。结果表明,采用对称施焊得到的残余拉应力的峰值最小。改变焊接结构形式,加强板在关注位置内侧残余应力分布趋势稳定,而在外侧趋势变化较大,且峰值增大。该研究为优化生产工艺,为后续控制焊接残余应力提供理论依据。     

焊接顺序对厚板焊接残余应力分布的影响

采用试验手段和数值模拟方法研究了不锈钢厚板多道焊的残余应力分布特征．通过比较数值模拟结果和试验测量值，验证了基于Quick Welder软件开发的用于多道焊的热一弹一塑性有限元计算方法．同时，通过数值模拟澄清了焊接顺序对最终残余应力的影响．结果表明，焊接顺序对纵向和横向残余应力有明显影响．焊接顺序不仅显著影响峰值应力的...     

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。     

RPV顶盖和CRDM管座焊接残余应力三维数值模拟

制造了反应堆压力容器顶盖和控制杆驱动机构(CRDM)管座贯穿件J形密封焊模拟件,测试了焊接过程温度和焊后残余应力;采用分段移动温度热源模型和热力耦合方法实现了三维焊接温度场和应力场的高效计算,并与试验结果进行了比较;基于模拟的三维残余应力场研究了J形密封焊的应力分布特征. 结果表明,采用的模型和方法能实现J形密封焊残余应力的高效数值计算,计算和试验结果符合较好;J形密封焊缝上的纵向应力大于轴向应力,贯穿件内外壁应力不均匀,焊缝和贯穿件坡上和坡下区域的应力大于侧坡区域应力.     

焊接顺序对T形接头残余应力和变形的影响

采用有限元热弹塑性分析方法对T形接头不同焊接顺序的残余应力和变形进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,分析了材料物性参数随温度的变化和对流、辐射散热的影响.运用单元生死技术模拟T形接头多道焊接过程,获得了不同焊接顺序T形接头焊接温度场和残余应力、变形场,并对计算结果进行了分析.结果表明,焊接顺序对T形接头的残余应力和...     

双相不锈钢管道全位置焊接残余应力三维有限元数值模拟

以热弹塑理论为基础，利用ANSYS非线性分析有限元程序，对双相不锈钢管道接头环焊缝残余应力进行三维数值模拟。建立了管道全位置焊接瞬态温度场和应力场三维移动热源模型，获得了环焊缝焊接接头轴向和环向残余应力的分布规律：在管道接头内表面的焊缝及近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力，随着离开焊缝距离的增加，由拉应力逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力，而环向残余应力为拉应力。从环向位置上的应力变化规律可以看出正半周和负半周的应力分布具有明显的对称性。研究结果为优化生产工艺，控制残余应力提供了理论依据。     

Suggestion of welding procedure for compressive residual stress induction by using low transformation temperature welding materials

ABSTRACT

To understand the cause of compressive residual stress in welded joints, we analysed by numerical analysis the effect of welding pass sequence using low transformation temperature (LTT) welding materials on residual stress around the weld toe of boxing fillet welded joints. It was determined by numerical analysis that the produced compressive residual stress and the influence of the stiffeners are reduced in the equivalent position of the weld toe in a fillet welded joint because of the influence on the behaviour of the stiffener in the weld being due to residual stress distribution around the weld toe. The residual stress reduction method of extending the length of the welded bead and releasing the weld toe from the stiffener, similar to the concept of discarding a bead to reduce tensile residual stress, was effective in fillet welded joints. Numerical analysis of the relationship between residual stress around the weld toe and width of the weld bead in the bead-on-plate welding model clarified that compressive residual stress can be introduced around the weld toe by having a wide width weld bead. In addition, a fully penetrated welded joint was very effective for causing compressive residual stress around the weld toe.     

马氏体/贝氏体异种耐热钢接头焊接应力数值模拟

采用热弹塑性有限元方法对马氏体耐热钢9Cr1MoVNbN(T91)与低合金贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB(G102)异种钢接头的温度场、应力场进行了数值模拟;并比较了接头在不同焊接线能量条件下的温度场、应力场。模拟计算结果表明,由于异种钢接头热物理性能的差异,其焊接温度场和应力应变场均不对称。由于T91的导热系数小于G102,加热过程中,G102侧的升温速度较快。而在冷却过程中,T91侧的温度梯度较G102侧小,而热影响区更宽。焊后T91钢一侧的应力梯度小于G102,但高应力区域比G102一侧宽。通过对模拟结果的比较分析,从降低焊接残余应力的角度出发,采用小线能量可减少接头中的拉伸残余应力。     

局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响

采用有限元模拟技术,观察在局部加载条件下平板焊接残余应力场的应力分布,比较平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸在降低应力方面的不同效果.发现在局部加载条件下焊接过程中拉伸比焊后拉伸可更好地减小焊接残余应力,且当外加载荷低于材料的屈服强度时,载荷越大,残余应力的降低越明显.用200 MPa外截拉伸时,焊后拉伸残余应力最大值由常规焊条件下的235 MPa降至130 MPa,焊接过程中拉伸残余应力最大值可降至50 MPa.结果表明,通过局部加载减小焊接残余应力是可行的.     

局部加热冷却法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热冷却法,并利用数值模拟技术研究了局部加热冷却法对转轮残余应力场的影响,得到了叶片危险区域的残余应力在局部加热过程中的变化情况以及转轮局部加热的优化方案.结果表明,采用局部加热冷却的方法可以有效地减小叶片危险区域的残余拉应力峰值.残余应力的降低效果与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,并且焊接残余应力随加热距离的增加呈先降低后增大的趋势.     

铝热焊的温度场及残余应力场有限元分析

应用ANSYS软件对焊接模型进行了有限元建模,并利用单元生死技术和热-结构耦合功能仿真了焊接过程,模拟出铝热焊动态温度场和动态残余应力场。结果表明:加压的最佳时间在55~255s之间,焊接结构中最大残余应力多出现在熔合区附近,熔合区横向多为拉应力,最大值约212MPa。