焊接工艺对Inconel 718镍铬基合金管结构环焊缝残余应力和变形影响的有限元分析

采用等离子柬焊(PBW)和钨极惰性气体保护焊(TIG)方法对大口径镍铬合金石油管道环焊缝进行打底焊接,采用数值模拟方法分析了两种打底焊接工艺下,焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,根据两种焊接工艺的热源特点,选用不同的热源模型进行计算;同时考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.结果表明,采用PBW能够得到深而窄的焊缝截面,残余应力和残余变形都比TIG打底焊缝小.     

LF6铝合金薄板平面内环焊缝焊接应力与变形的数值模拟

从力学角度出发,以LF6铝合金薄板平面内环焊缝的焊接为例,对其焊接残余应力和变形的特点进行了探讨。采用非线性有限元技术,对常规焊接条件下温度场和应力场进行了模拟,结合弹性稳定性理论对环焊缝焊接产生的特殊变形规律进行了研究。数值模拟结果表明,在环焊缝焊接过程中形成了与常规对接焊完全不同的焊接热循环过程,残余应力状态复杂;焊缝外侧的压应力超过了失稳变形极限,造成了铝合金薄板的失稳变形。     

中厚板多道焊接温度场和残余应力场的三维数值分析

运用有限元分析软件ANSYS,对两块6mm厚316L不锈钢平板对接焊的三维瞬态温度场和应力场进行了数值分析.考虑了材料物理性能随温度的变化和周边热对流和热辐射的影响,采用移动的表面高斯分布热源来模拟焊接过程中的热量输入,利用“生死单元”技术模拟焊缝金属的填充、熔化和凝固过程.模拟结果表明,焊件热影响区狭窄,温度场呈移动的纺锤形分布.在垂直于焊缝方向的路径上,残余应力呈典型的W形分布,焊缝区纵向残余应力为拉应力,最大值达到材料的屈服应力,残余应力分布与中厚板焊接理论吻合良好.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

压力容器六接管焊接工序对温度场、残余应力场及变形的影响

利用ANSYS有限元模拟软件和热弹塑性理论,对六接管压力容器筒体与接管处马鞍形焊缝进行数值模拟,研究接管焊接工序对焊接温度场、残余应力场及变形的影响,从而为实际生产提供参考依据。结果表明,依次对称焊完接管后的残余应力与残余变形的峰值均小于同时对称焊2个接管,同时热处理使得焊缝的残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

热丝填充激光多层焊温度场和应力场的数值模拟

基于有限元软件SYSWELD对20 mm厚316LN板热丝填充激光多层焊的温度场和应力场进行了三维动态数值模拟。利用生死单元法,采用双椭球体热源加3D高斯锥形热源的复合体热源模式来计算热丝填充激光焊过程,计算的焊缝横截面形状与试验结果基本吻合。计算结果表明,焊缝及附近区域表现出较高的焊接残余应力,而远离焊缝的区域,残余应力较小。所得到的多层焊沿厚度方向的残余应力分布规律符合实际,以及所计算的焊接变形与实测结果相吻合,这些可以为实际工程应用提供参考依据。     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析.结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,...     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨;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;1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术;数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响;焊接应力场与应变场的计算与讨论     

S355钢TIG焊有限元仿真分析

采用SYSWELD软件对S355低碳合金钢平板对接焊焊接过程进行温度场和应力场的有限元模拟。分析焊缝温度场、焊后相组成以及焊后残余应力分布,以优化焊接结构和工艺设计。结果表明,焊接过程中,熔池区域温度最高,母材区域温度较低。在焊缝处横向残余应力较大;焊缝处的纵向应力主要为纵向拉应力,随着与焊缝距离的增大,拉应力最后逐渐转化为压应力。在焊缝中心处,纵向拉应力的数值小于两侧的拉应力。     

管道对接间断焊与连续焊的有限元分析

应用大型有限元分析软件ABAQUS,对工业管道间断焊与连续焊的温度场和残余应力场进行数值模拟.考虑材料的物理性能随温度的变化以及外界环境对焊接构件温度场的影响,采用热振幅曲线加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术实现管道多道焊的模拟.将两种焊接工艺得到的温度场和残余应力场进行比较.结果表明,间断焊可以降低焊接时的温度,而采用连续焊可以获得较小的轴向残余应力,间断焊和连续焊的环向应力对管道的影响不大.另外对起焊点处的温度场和残余应力场也做了详细的分析,起焊点内壁处的轴向残余应力较大.     

TRT机壳热弹塑性有限元模拟与试验研究

采用大型通用有限元软件对TRT焊接机壳进行焊接过程的模拟。利用有限元软件中的单元生死技术和热-结构耦合技术,成功的预测了TRT机壳焊后残余应力及变形,并通过焊后残余应力测试试验验证对比。结果表明,有限元模拟机壳在焊接过程中,焊缝附近残余应力较大,局部达到其屈服强度;远离焊缝处的壳体上应力较小,均处于弹性变形。进行"盲孔法"测量残余应力,试验测量的残余应力跟模拟所得残余应力分布趋势相同,峰值应力出现的点基本重合。由于机壳实际焊接中施加的约束较多,应力得不到释放,导致试验数值略高于模拟数据。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

T型焊接接头残余应力数值模拟研究

基于ANSYS有限元数值分析软件,建立了T型焊接接头的有限元模型,采用高斯热源模型,模拟T型焊接接头焊接过程,分析了焊接过程中的温度场和应力场,并分析了不同参数变化对于焊接残余应力的影响。结果表明,在整个焊接热过程中,焊缝区域温度变化显著;焊接过程应力变化复杂,在焊缝处存在较大的残余应力,应力值为225MPa,接近屈服极限235 MPa;第二道焊缝应力值较第一道焊缝大,原因在于焊接第二道焊缝时,已完成的第一道焊缝对于焊件变形有较大约束。     

升船机卷筒轮毂焊接残余应力数值模拟

焊接后钢材焊接残余应力的变化易导致其结构产生变形,为了提高升船机卷筒轮毂的焊接质量,文中对焊接残余应力展开数值模拟分析。在确定卷筒轮毂的物理参数和焊接工艺后,利用Ansys有限元软件构建卷筒轮毂有限元模型,确定模型的单元数量后划分网格。然后利用有限元软件计算轮毂温度场及焊接残余应力。数值模拟结果显示：升船机卷筒轮毂焊缝及热影响区的温度在861～1 561℃之间,该数值模拟结果接近实际测量结果;在x方向上,轮毂的焊接残余应力主要在焊缝与热影响区分布,峰值应力为491 MPa;在y方向上,焊接残余应力峰值为265 MPa,越靠近焊缝,焊接残余应力越大;焊接退热后,卷筒轮毂焊缝及热影响区的焊接残余应力上升,撤除约束会释放焊接残余应力,同时导致升船机卷筒轮毂产生少量变形,但不会导致升船机卷筒轮毂产生裂纹。     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

焊接层数对焊接残余应力和变形的影响

以有限元分析软件ANSYS为平台,应用生死单元技术模拟焊缝金属填充过程,对Q345R钢材角接焊接接头单层焊、两层焊和三层焊的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟,并对模拟结果进行了对比分析。结果表明,随着焊接层数的增加,角接焊接接头的残余应力和变形都会减小。     

工艺参数对压力容器异种钢接头残余应力的影响及优化分析

为明晰焊接过程产生的残余应力对核电压力容器管道疲劳裂纹扩展和结构断裂失效的影响,优化焊接工艺,从而减小残余应力,借助了Ansys和Isight软件,以核电压水堆一主回路焊接接头焊缝区域为研究目标,利用“生死单元法”进行多层多道焊条件下温度场的模拟,同时利用DOE方法探究焊接结构参数与焊接产生的残余应力间关联关系,得出压力管道异种金属焊接接头残余应力分布规律,明晰了主要工艺参数对结构残余应力的影响机制。结果表明,环向残余应力是压力容器管道焊缝结构发生破坏的直接因素,减小焊接残余应力应增大焊接处的坡口角度和接头内外径差值。     

基于SYSWELD的Q690高强钢焊接数值模拟

基于Q690高强钢的焊接工艺,通过SYSWELD对Q690钢MIG对接焊进行了数值模拟,得出了瞬态温度场分布图和特征点的热循环曲线,验证了有限元软件SYSWELD模拟的准确性。在此基础上得到了热影响区的相演变图,证实该焊接工艺是合理的。最后通过计算获得焊后残余应力的分布图,总结相应的残余应力分布规律,为评定和优化焊接工艺提供了理论依据。