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。     

多参数对T型焊接接头残余应力的影响研究

为了研究多参数对T型焊接接头残余应力的影响,运用ANSYS有限元分析软件对手工电弧焊T型焊接接头进行焊接数值模拟,分析不同参数变化对于接头残余应力的影响规律。研究结果表明:焊接结构的残余拉应力随焊缝长度的增加而增加,随腹板厚度、底板厚度的增加而减小;焊接速度对于焊接结构残余应力也有较大影响,在靠近焊缝中心位置,焊接速度越快产生的残余拉应力峰值越小。     

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。     

焊后热处理改善管道直焊缝残余应力的数值模拟研究

以X80钢级Φ1 219 mm直缝埋弧焊管为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，通过顺序耦合算法和移动热源子程序及生死单元形式，对钢管直缝焊和经热处理后焊缝的残余应力进行了数值模拟，分析焊后热处理对焊缝残余应力的改善作用。结果表明，焊缝等效最大残余应力和轴向拉应力均出现在外层焊缝的中心处，局部焊后热处理能降低焊缝的残余应力，等效峰值应力由560 MPa左右降低到约430 MPa，降低了23.2%；焊缝轴向拉应力也由450 MPa降低到370 MPa。焊后热处理对残余应力分布影响不大，但能使焊接接头的应力变得更为均匀。     

层间温度对X80钢管多道环焊接头残余应力的影响

采用热电偶测量了X80钢管多道环焊接头焊接过程中的热循环,焊后采用盲孔法测量了焊接残余应力,建立了残余应力数值分析模型,并通过试验数据进行了校验,分析了层间温度偏离对残余应力的影响。研究结果表明:不同层间温度下,接头焊缝及热影响区拉应力较高,母材拉应力较低,在母材位置呈现拉-压应力转变。层间温度的改变对接头轴向应力的影响不明显,但对周向应力、等效应力的影响较大。当层间温度为248 ℃时峰值残余应力最低,考虑到经济和时间成本,生产实践中层间温度达到220 ℃时即可。     

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。     

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。     

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。     

液化石油气储罐焊接残余应力的测试和分析

采用盲孔法测定了100m~3液化石油气(LPG)储罐的焊接残余应力。测定结果表明,环缝沿焊缝方向的拉伸残余应力大于垂直焊缝方向的残余应力,其值为0.624。应用我国CVDA—84规范对该类卧式储罐焊接缺陷进行评定时其所取用的残余应力当量值是恰当的。     

X52埋弧焊输气管线残余应力测试

用盲孔法,本文测试了4个管段不同部位的残余应力。结果表明,环向残余拉应力最高值出现在距离纵焊缝约60mm的部位,它高于交叉焊缝附近的环向残余拉应力,更高于垂直环焊缝的环向残余拉应力。厚壁的残余应力高于薄壁的残余应力。没有严重缺陷管线的爆破口大致位于最大环向拉伸残余应力的部位,即大致平行于纵焊缝。     

大直径超厚Φ1 422 mm×25.4 mm螺旋埋弧焊管开发

通过低碳高Nb＋Mo/Ni合金设计理念,采用粗轧低温快轧技术,成功开发出典型的针状铁素体型X80级Φ1 422 mm×25.4 mm大直径超厚螺旋缝埋弧焊管用热轧卷板。在制管过程中采用低残余应力成型技术,结合适度增加水压压力,管体内表面和外表面环向应力都低于80 MPa,并通过试验确定了厚壁管材焊接过程中的最佳热输入线能量。对试制后的X80级Φ1 422 mm×25.4 mm螺旋埋弧焊管进行理化性能检测,结果显示,管体屈服强度为556～615 MPa,抗拉强度为648～655 MPa,焊接接头拉伸强度≥669 MPa,0 ℃下,母材、HAZ和焊缝夏比冲击性能都在150 J以上,母材DWTT剪切面积94%,且管体和焊接接头硬度最大值仅255HV10。检测结果表明,试制的X80级Φ1 422 mm×25.4 mm管材具有良好的力学性能,且理化性能全部符合API SPEC 5L标准要求。     

国产X80大直径厚壁螺旋埋弧焊管开发

为了进一步降低管道建设成本,采用低C、低Mn和Mo-Cr-Ni-Nb-V-Ti合金设计,开发出了以针状铁素体为主的X80级22 mm/21.4 mm厚壁热轧卷板;通过制管工艺优化和控制,开发出了X80级Φ1 219 mm×22 mm和X80级Φ1 422 mm×21.4 mm国产大直径、厚壁螺旋缝埋弧焊管。产品性能检测结果表明,管体屈服强度、抗拉强度、焊接接头拉伸强度以及管母、焊缝、HAZ冲击韧性、DWTT等指标均达到或超过西气东输三线和中俄东线技术条件要求和API 5L标准要求;钢管静水压爆破试验起爆点位于母材,爆破口呈100%韧断;环切法测得环向弹复量为-55~-220 mm,盲孔法测得环向残余应力为-179~264 MPa,与同规格、同钢级直缝管相当,具有较低的残余应力。产品经国家油气管材质量监督检验中心检测,并经管道局环焊试验,符合管道工程技术条件和API5L及相关标准要求。产品千吨级试制表明,国内具备工业化批量生产能力。     

TC4钛合金不同焊接方法焊接性及接头性能分析

为了研究TC4钛合金在不同焊接方法条件下的焊接性及接头性能,对TC4钛合金分别进行了氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊以及电阻点焊试验,并对接头的强度、硬度、塑性、韧性、金相组织等进行了对比分析。试验结果显示,采用TA18焊丝,氩弧焊接头强度平均值为982.5 MPa,伸长率为7.5%,强度和塑性匹配良好;冷焊接头强度平均值974.5 MPa,焊缝区硬度低于热影响区,热影响区宽度0.7~1.0 mm,焊接变形改善明显;激光焊接头强度平均值956.5 MPa,伸长率达母材水平;电子束焊接头强度高于母材,塑性低于母材,热处理后接头强度升高,焊缝区存在金相组织的梯度分布;电阻点焊接头的熔核直径和抗剪力随焊接参数增大逐渐增大。研究表明,TC4 钛合金具有良好的焊接性,在弧焊、束焊和电阻焊工艺下,焊接性良好,焊接接头金相组织合理,强度、塑性等 力学性能指标匹配良好。     

油气输送用大直径厚壁埋弧焊管残余应力及控制研究

针对油气输送用大直径厚壁埋弧焊管的残余应力问题,采用盲孔法测试了螺旋焊管和直缝焊管的残余应力,归纳了焊管制造过程中残余应力的演变规律,探讨了钢管制造过程中不同工序下残余应力的分布及其影响因素和控制方法。研究结果显示,板材矫直和钢管成型后的残余应力保持在150～200 MPa,且螺旋成型略大于直缝成型,成型过程的压下量对残余应力的影响有限;钢管焊接是在成型应力的拘束环境下进行的,直接影响焊缝的横向变形与残余应力,使得残余应力峰值不在焊缝中心,而是靠近焊缝区,螺旋焊管和直缝焊管的该区域残余应力均最高;制管过程中后续的水压试验、喷砂和防锈涂敷等工序,使残余应力得到大幅度降低,且分布更加均匀,螺旋焊管和直缝焊管残余应力峰值均保持在200 MPa左右,直缝管更低一些。研究表明,可以通过适当提高水压试验压力和涂敷温度的方法调节焊管残余应力。     

TC18钛合金薄壁壳体真空电子束焊接形性控制研究

为了实现薄壁TC18钛合金真空电子束焊接形性的合理控制,采用表面聚焦方式,在焊接速度600 mm/s,焊接束流16 mA,聚焦电流1 905 mA的条件下,进行了2.0 mm厚Φ150 mm×100 mm × 2 mm规格TC18薄壁圆筒环缝对接试验研究,并对焊接接头进行了无损探伤和力学性能测试。测试结果显示,2.0 mm厚TC18真空电子束焊接接头拉伸强度为1 053 MPa,达到基材抗拉强度的97%,弯曲角为52°,达到基材弯曲角的94.5%,焊接接头力学性能满足设计要求。研究表明,焊接时采用束流圆形扫描可有效抑制熔深不稳定现象,消除了烧穿和未焊透缺陷;通过组合采用高能束热源、定位焊固定和工装拘束等多种措施,有效地控制了薄壁高强钛合金壳体的焊接变形。     

X90钢级大直径螺旋埋弧焊管的研制

为了响应管道建设向高强度、高压力的发展趋势,采用低C、高Mn和Mo-Cr-Ni-Cu-Nb-Ti合金设计体系和控轧控冷技术,开发出以粒状贝氏体为主,辅之少量板条状贝氏体铁素体的X90管线钢。通过对低应力成型技术及焊接技术等制管工艺的研究,成功开发出X90钢级Φ1 219 mm×16.3 mm超高强度螺旋埋弧焊管。按照标准对该产品进行了组批性能检测,结果显示,钢管管体横向屈服强度625~740 MPa,抗拉强度715~835 MPa,焊缝抗拉强度770~825 MPa;焊接接头最大硬度小于270HV10;-10 ℃下管体横向平均冲击功大于340 J,热影响区平均冲击功大于197 J,焊缝平均冲击功大于133 J;0 ℃下管体横向DWTT剪切面积均为100%。结果表明,开发的钢管具有优异的强度、塑性及韧性匹配,焊接性能良好。     

钛合金焊接接头残余应力超声波检测技术研究

针对钛合金无磁特性导致的超声残余应力测试结果不准确问题,设计了超声楔块贴合辅助装置,研究了超声楔块贴合辅助装置对超声信号采集的影响规律,并对TC4钛合金激光焊接试板残余应力分布特征进行了测量。试验结果显示,采用超声楔块贴合辅助装置后,超声楔块与钛合金表面耦合稳定性大幅提高,获得的钛合金焊接接头应力测试结果与小孔法测试结果基本一致。研究表明,超声楔块贴合辅助装置设计合理、实用性强。