未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.     

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.     

厚板多层多道焊角变形分析方法

角变形一直是厚板多层多道焊过程中的突出问题，然而有关这方面的研究报道并不多见。作者对多层多道焊角变形的预测方法进行了分析，对已有的有关多层多道焊角变形经验公式进行了总结。在此基础上，提出了一种多层多道焊角变形的分析方法。应用基本的力学公式，结合焊接变形产生的原因，分析并推导出计算多层多道焊角变形的公式。最后，对厚板低碳钢单面V形坡口多道焊以及厚板高强铝合金双面V形坡口多道焊的角变形进行了实例分析。     

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。     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

厚板对接接头多层多道焊有限元模拟研究

以X70钢厚板对接接头多层多道焊为研究对象,利用MARC软件中的生死单元技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊取样点的热循环曲线、试样件的变形和应力曲线,然后对其进行分析,并采用塞尺测量验证仿真结果。结果表明,每个焊缝都会受到后焊接过程的热作用,有多次热循环;沿焊接方向对接接头的自由端发生了明显的角变形,焊接变形最大值为4.984 mm;焊接仿真变形结果与测量结果趋势一致,误差最大为4.54%;焊缝受到其后焊接的多次热循环作用,有多次应力循环,对生产有重要的指导意义。     

X80管线钢水下湿法多道焊残余应力分析

采用不同焊接电流对X80管线钢板进行水下湿法焊接,同时利用175 A电流下陆地焊接试验进行对比,获得了焊接电流对水下湿法焊接接头的显微组织、硬度分布、温度场和残余应力分布的影响规律.结果表明,相同的电流条件下,水下焊接接头的显微组织类型和构成与陆上焊接接头不同,焊缝的显微组织主要为先共析铁素体、粒状贝氏体、条状贝氏体和针状铁素体,粗晶热影响区的显微组织主要为条状贝氏体和少量粒状贝氏体;水下湿法焊接接头比陆地焊接接头具有更高的硬度、冷却速度和残余应力水平.水下湿法焊接接头具有较高的残余应力水平,175～205 A范围内,随着焊接电流增加,焊缝中侧板条铁素体和针状铁素体数量有所增加,焊接接头最高硬度、等效残余应力峰值和纵向残余应力峰值略有下降.     

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.     

中厚板多层焊后焊层对焊缝纵向残余应力影响的数值分析

通过有限元方法对TIG焊中厚板对接接头进行了动态模拟,分析了后焊层对已焊层纵向焊接残余应力的影响,计算结果表明:后焊层对已焊层的温度和纵向残余应力的影响与板材的厚度存在着直接的关系,当板材的厚度不是很大时,后焊层的焊接热输入使已焊层的温度超过了相变温度,且由于温度过高使相邻后焊层与已焊层层间晶粒经历了熔化再结晶、重新形核长大的过程,使已焊层的温度重新回到较高温度,接近或达到熔点,后焊层对已焊层并没有起到热循环对残余应力场影响的作用,其纵向残余应力值基本没有变化.     

船用中厚板EH36多层多道焊接的残余应力研究

为探索EH36焊接区域的应力场分布机理,基于热弹塑性理论和热-结构耦合方法,考虑焊接温度场对残余应力场的影响,对船用高强度钢EH36多道焊进行了数值计算和试验验证。结果表明:焊接冷却时,焊缝区域受到拉伸应力而产生纵向最大拉应力为364 MPa,并很快过渡到压应力;焊缝两端承受的横向最大压应力为320 MPa,中间拉应力变化幅值少于20 MPa;通过X射线衍射测量焊件表面残余应力,测量结果与模拟结果吻合,说明上述分析方法对于EH36焊接工艺设计优化具有较好的指导作用。     

P91钢多层多道同质补焊残余应力的数值模拟

基于热弹塑性力学理论,建立考虑固态相变的P91钢多层多道同质补焊残余应力的三维有限元模型。采用双椭球热源模型描述焊条电弧焊的热流密度分布。基于所建模型,通过SYSWELD有限元分析软件对P91钢多层多道补焊的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了模拟计算,研究其分布特征。研究结果表明,固态相变能够使得横向应力在末道焊缝处表现为较为明显的压应力,压应力数值为-93 MPa。纵向应力在近表面表现拉应力、压应力交错分布的特征,末道焊缝的纵向压应力数值较大,应力值为-155 MPa。     

厚板多层焊的数值模拟分析

在建立厚板多层焊的三维有限元数值分析模型的基础上,利用ANSYS软件中的单元"生死"技术处理多层焊问题,模拟得到了厚板多层焊时的温度场分布规律,并利用红外热像仪实时测定了实际焊接过程的温度场.比较实测温度场和模拟温度场的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的.     

16Mn厚板多道焊焊接温度场分析

利用ANSYS有限元分析软件,对16Mn厚板焊接过程进行数值模拟。采用高斯分布热源模型模拟焊接热源,考虑材料物理性能随温度变化的影响,采用有限元法中的"生死单元"技术实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,对厚钢板的对接多道焊过程进行三维瞬态温度场数值模拟。分析焊接温度场分布规律,为优化16Mn厚板多道焊焊接工艺提供参考。     

厚板Invar合金多层多道焊反变形数值模拟

文中针对19.05 mm厚Invar合金模具材料多层多道MIG焊接,采用有限元仿真分析和试验验证相结合的方法,分别对无反变形角的模型和施加不同反变形角的模型进行数值模拟,用模拟时所设计的反变形角进行Invar合金多层多道MIG焊试验,分析焊后试样的变形情况,与模拟结果对比分析.结果表明,当施加的反变形角为2°时可以有效控制100 mm × 100 mm × 19.05 mm的Invar合金四层十道MIG焊的焊后角变形,焊后残余翘曲高度为?0.11 mm,焊后残余角变形为?0.12°,与模拟结果的误差在8%之内. 结果表明,有限元模拟技术对于试验探究具有预测和引导作用.     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象,构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,在考虑相变情况下,对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析,并将结果与试验数据进行对比,验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律,结果表明：随着焊接道数的增加,纵向残余应力逐渐增加,焊接道数对横向残余应力几乎无影响,焊接变形逐渐增加;随着层间温度的升高,纵向残余应力逐渐降低,横向残余应力先减小后增大,但层间温度对焊接变形几乎无影响,可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

厚板Invar钢多层多道焊与多层摆动焊效率与接头质量对比分析

对19 mm厚Invar钢板进行多层多道焊和多层摆动焊对接试验,计算分析了这两种工艺的功耗和效率,并通过观察和测量Invar钢焊件的金相组织和显微硬度以比较两种焊接方法的焊接接头质量。结果表明,在连接厚板Invar钢时,由于多层摆动焊焊道数少于多层多道焊焊道数,多层摆动焊所用焊接时间较少、效率更高、功耗更少;多层摆动焊的层间重熔区熔合良好,而多层多道焊接接头处观察到明显的未熔合缺陷;多层摆动焊的热影响区宽度远小于多层多道焊;多层摆动焊的平均晶粒尺寸及显微硬度均略大于多层多道焊。