基于ANSYS压力容器筒体与平板封头焊缝残余应力有限元分析

焊接常用于压力容器等特种设备制造中。在焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生焊接变形和残余应力。为预测焊接变形,采用有限元软件ANSYS中生死单元技术对压力容器筒体与平板封头单面焊焊接过程进行数值模拟,得出焊缝焊接残余应力、温度场及位移场的分布情况,经过分析可以得出:在焊缝区及熔合区温度极高,远离焊缝温度峰值急剧下降;在熔合区焊接残余应力达最大值,焊根处残余应力较小,在热影响区,沿焊缝方向多为拉应力,垂直焊缝方向多为压应力。     

SS400薄板手工电弧焊和氩弧焊残余应力对比分析

为了研究SS400钢板不同焊接方法残余应力的分布规律,分别对4 mm厚的低合金高强钢采用手工电弧焊和氩弧焊进行焊接,焊接后采用盲孔法测量钢板的残余应力,得到了残余应力的分布曲线。试验结果表明:手工电弧焊在焊接区垂直焊接方向的残余应力最大值为387 MPa,在焊缝两侧为压应力,距离焊缝两侧12 mm处,压应力最大;平行焊接方向上的残余应力在中间位置为拉应力,在工件两边为压应力,靠近边缘压应力增大。氩弧焊垂直于焊接方向上的最大拉应力为328 MPa,在焊缝两侧的距离为7 mm处,压应力最大;平行于焊接方向上的残余应力曲线与手工电弧焊的相似,氩弧焊的焊接变形小于手工电弧焊。     

30 mm退火态TC4钛合金EBW接头组织与性能研究

为了提升钛合金的焊接效率和质量,采用电子束焊接方式对30 mm退火态TC4钛合金进行焊接试验,并对焊接接头进行力学性能检测、显微组织分析及残余应力测试,通过扫描电镜对断口形貌进行分析,研究完全退火态TC4钛合金EBW接头组织与性能。结果表明,接头焊缝区由针状马氏体α′相和分布在原始β晶界的α相组成,接头热影响区由初生α相、针状马氏体α′相以及少量β相组成。EBW接头抗拉强度平均值略高于母材,EBW接头第二层焊缝区及热影响区冲击功均低于母材,同时两种接头断口形貌均发现大量韧窝,为韧性断裂。接头最大残余拉应力值约为150 MPa,在平行和垂直焊接方向,残余拉应力最大值均出现在焊缝上表面附近区域,而残余压应力最大值均出现在焊缝下表面附近区域。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。     

焊接工艺参数对船用高强度钢平板残余应力的影响

对船用高强度钢对接焊平板进行焊接残余应力数值模拟,采用盲孔法对其进行残余应力测量,最后在数值模拟结果与试验结果一致的基础上,研究不同焊接工艺参数对残余应力的影响。研究结果表明:焊接残余应力分布曲线形状不受焊接工艺参数变化的影响;当增大焊接电流时,焊接残余应力最大值随之增大;当焊接电流增大到一定值后,焊接残余应力最大值随电流升高而增大的趋势逐渐减缓;当焊接电流在100～110A时,焊接残余应力最大值随焊接速度加快而增大;在120～130A时,焊接残余应力最大值随焊接速度加快而逐渐变小,但其值还是远大于焊接电流在100～110A工况时的焊接残余应力。此结论为高强度钢对接焊平板的焊接工艺参数设计提供了参考,具有一定的工程应用价值。     

直缝埋弧焊管焊接残余应力的数值模拟

直缝焊管焊接过程中产生的焊接应力和变形会影响焊管的使用性能和寿命。应用大型通用软件ABAQUS,基于双椭球热源模型,利用"生死单元"技术,模拟了直缝焊管多丝埋弧焊的内外焊接过程,描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值及其在整个管体上的分布情况。结果表明,在焊接过程中焊缝附近温度梯度很大,在远离焊缝的地方温度梯度渐渐趋于平缓;随着热源的移动,温度中心也随之移动,最高温度可达母材的熔点。焊后残余应力主要分布在焊缝附近,管体在其他部位应力很小,最大残余应力为528 MPa;纵向残余应力在焊缝及热影响区表现为拉应力,并且最大值位于焊缝长度中心截面上;在圆周上表现出拉应力并伴有逐渐变小的趋势。     

合成氨转化废热锅炉管板-管子焊接应力有限元分析

针对合成氨二段转化废热锅炉管板易出现大量泄漏的问题,对管板与换热管角焊缝焊接应力进行了有限元分析。结果表明,气侧焊缝区与近焊缝区存在很高的焊接残余应力。在交变载荷作用下,高应力区易发生疲劳裂纹扩展,导致泄漏。通过采取焊前预热和焊后热处理工艺可以降低焊接接头的焊接残余应力,提高焊接接头的断裂韧度。     

双相不锈钢厚板对接焊数值模拟

应用大型有限元分析软件ABAQUS,对双相不锈钢厚板焊接接头的残余应力进行数值模拟,获得了该厚板焊接接头残余应力的分布规律。结果表明,双相不锈钢厚板焊接接头的横向与纵向焊接残余应力水平较高,沿板厚方向的残余应力分布较为均匀,而且应力水平低。在厚板焊接中,纵向残余拉应力高于横向残余拉应力,而且最大的焊接残余应力均出现在焊缝与热影响区处。研究结果为双相不锈钢厚板焊接工艺优化和提高焊接接头的可靠性提供了理论基础。     

304不锈钢管道环焊缝热力耦合有限元模拟

 为合理控制304不锈钢管道环焊缝焊接残余应力,运用有限元软件ABAQUS建立二维轴对称壳单元模型,模拟管道环形焊缝的焊接过程,获取了304不锈钢管道环焊缝温度场和应力场的分布规律。在焊件上表面提取了特征点的热循环曲线,同时获取了焊接过程中焊接接头径向某一截面特征点同一时刻的温度场分布特征。对管道环形焊缝内外表面残余应力的分布规律研究表明,管道焊缝及靠近焊缝区,内表面的轴向残余应力是拉应力,外表面的轴向残余应力是压应力;内外表面的横向残余应力都是拉应力,而径向残余应力主要是压应力,上表面的余高两侧热影响区受到少许拉应力作用。     

钛合金厚板焊接接头残余应力测试

采用局部逐层对称剥削材料盲孔法对51 mm厚钛合金Ti80板焊接接头残余应力进行了测试,并系统研究了其三维残余应力分布特征。结果表明,局部逐层剥削材料盲孔法能有效测量大厚度焊接件焊接接头的内部残余应力,并能准确反映大梯度变化应力状态。钛合金焊接接头,沿垂直焊缝方向在距焊缝中心-10~10 mm范围内,具有较高拉应力,应力值集中在500 MPa左右,且拉应力峰值出现在上表面距离焊缝中心10 mm位置;沿厚度方向距焊缝中心-10~10 mm范围内,为拉应力,表层应力普遍大于内部应力。在远离焊缝位置沿厚度方向为压应力,应力值为200~680 MPa,且峰值出现在距离上表面5 mm和焊缝中心20 mm位置处。     

焊接热输入对堆焊残余应力和变形的影响分析

为了研究热输入对堆焊残余应力和变形的影响,建立了钢板堆焊的有限元网格模型,进行了高斯移动热源的加载,通过改变焊接电流和焊接速度的大小,研究了热输入对堆焊残余应力和变形的影响规律。研究结果表明,焊件最大残余应力节点位于焊缝区域;最大形变处位于焊件宽度方向的外端;一定范围内,增大焊接电流,焊件形变量先变大后变小,最大残余应力数值逐渐变大,最终趋于某一定值;增大焊接速度,焊件最大残余应力和形变量均逐渐减小。     

连续管作业注入头夹持机理研究

对连续管作业注入头夹持机理进行了分析,将夹持力简化为沿周向正弦分布的压力,利用级数形式的应力函数、应力边界条件和位移连续条件得到不规则外压作用下的应力分布,给出了连续管内、外表面关键点处的等效应力随着夹持力、轴向拉力、内压、连续管壁厚和外径变化而变化的规律:①等效应力随着夹持力的增大而迅速增大;②除了轴向拉力很小的情况以外,等效应力随轴向拉力F的增大而增大;③在连续管的不同位置,内压对等效应力的影响趋势不同。在内表面θ=0点和外表面θ=π/2点的等效应力随内压的增大而减小;而内表面θ=π/2和外表面θ=0点的等效应力随内压的增大而增大;④随着壁厚的增大连续管内、外表面的等效应力均有所减小;⑤在壁厚和夹持力一定时,等效应力随外径的增大出现先减小后增大的趋势;⑥随着内压由小逐渐增大,屈服极限曲线出现先外移后内移的现象,且弹性区的范围随着内压的增大逐渐减小。     

连续油管环焊温度场及残余应力场数值分析

采用有限单元法,初步模拟了连续油管环焊温度场及残余应力场的分布情况。结果表明,在焊接过程中,焊缝附近温度梯度很大,在远离焊缝的地方温度梯度渐渐趋于平缓;随着焊接热源的移动,温度中心也随之移动,最高温度可达母材的熔点;在每一道焊接结束后,温度迅速下降,越接近层间温度,降温所用的时间也越长。焊后残余应力主要分布在焊缝附近,管体其他部位应力很小,只有几十兆帕;最大残余应力在焊缝壁厚的中心位置,其值为592 MPa,应力值较大,建议采用相关热处理技术来消除焊缝处的残余应力。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织与应力分析

为了研究不同焊接条件对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织和性能的影响,对3 mm厚LY12铝合金板进行了搅拌摩擦焊对接,观察分析在不同焊接条件下焊接接头微观组织的变化。并利用ANSYS软件模拟结果分析了焊接接头温度场及应力场分布情况。结果表明,LY12铝合金板材经搅拌摩擦焊接后,在焊缝区得到组织均匀、晶粒细小、平均晶粒尺寸细小的再结晶晶粒;焊接板材边缘区域为拉应力,其他区域均为压应力,而且压应力自搅拌针向外逐渐减小,最大压应力出现在搅拌针及轴肩所在区域。