316LN不锈钢焊后热处理工艺及对残余应力的影响

在核聚变实验装置中广泛使用的316LN不锈钢材料,在焊接后出现较大的残余应力,使用焊后热处理法减少焊接残余应力。使用软件模拟计算出316LN不锈钢TTT、CCT和相组成图,获得了合理的焊后热处理工艺。结果表明,焊件平均残余应力减少幅度最大的发生在焊缝区,最小的发生在母材区。焊件沿着焊接方向,残余应力逐渐减少。     

316L不锈钢T型接头温度场与应力场数值模拟

运用SYSWELD模拟软件分析了316L不锈钢T型接头的温度场与应力场,并利用试验方法对模拟结果进行了验证。试验结果与数值模拟结果吻合良好,证实了模拟316L T型接头的可靠性。结果表明,T型接头截面温度分布由扇形分布向椭球状分布转变,且随着焊接道次的增加,温度分布区域增加;焊接时温度场沿焊缝中心呈对称分布,其焊缝区与母材区温度差异较大;第2道焊接的温度峰值明显最大,其腹板温度的峰值温度明显高于翼板的峰值温度,且随着离焊缝越远,其热循环曲线变化越小;不论是纵向残余应力还是横向残余应力,其沿焊接方向上均呈帽状分布,最大纵向残余拉应力出现在焊缝中部,而最大横向残余应力出现在靠近中部焊缝位置;垂直于焊缝的纵向残余应力和横向残余应力均表现出近焊缝区较大拉应力。     

基于SYSWELD的不锈钢管道环焊缝焊接数值模拟

基于316L不锈钢管道环焊缝的焊接工艺,利用Visual Mesh软件建立了管道焊件的三维有限元模型,利用有限元数值模拟软件SYSWELD对316L管道环焊缝焊接过程进行了数值模拟,得出了焊接过程中不同时刻的温度场分布图、不同特征点的焊接热循环曲线及焊后残余应力及变形分布图等一系列结果。结果表明,焊缝始焊处温度不易达到熔点,焊缝中心及附近区域因残余应力较大而产生环向内凹形变。焊缝的温度场及应力变形分布规律均与理论分析相一致,可为实际焊接工艺的评定及优化提供一定的数据支撑。     

异种金属管道焊缝的修补焊残余应力

研究了异种金属焊接管道在修补焊前后残余应力的演化,以了解核电厂管道在修补焊后是否满足抗应力腐蚀开裂的要求。采用手工焊和自动焊技术进行了SA106B钢与Inconel 600合金异种金属管道的对接焊,在对原始焊缝进行了局部的打磨后,分别采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊技术对打磨处进行了修补焊接。采用轮廓法对管道修补焊后状态下的环向和轴向焊接残余应力进行了测量,得到了管道的焊接残余应力分布。通过对异种金属管道修补焊接头的残余应力分析,确认了修补焊后最大残余应力小于415 MPa,可以满足相关抗应力腐蚀开裂的要求,研究结果对开展核电厂管道修补焊有较高的参考价值。     

异种钢多道焊焊接残余应力三维有限元模拟

利用有限元法以及生死单元技术对CF62与316L的异种钢多道焊焊接残余应力开展了模拟分析。结果表明,焊态残余应力在焊缝和热影响区具有较高的应力水平,且热影响区的残余应力水平略大于焊缝区。远离焊缝热影响区,应力逐渐降低。焊缝的不对称X型坡口的下表面残余应力大于上表面残余应力,余高处残余应力集中明显。热膨胀系数高的316L不锈钢的残余应力大于CF62。     

基于XRD的Inconel 690和321不锈钢异种金属焊接残余应力测试与分析

某小型反应堆的异种金属环形焊接接头经由一百余道焊接后,会出现残余应力累计、变形严重等问题,影响焊接接头的抗应力腐蚀、抗疲劳破坏性能。采用X射线衍射法对该焊接接头表面残余应力测试,获得了环向、径向残余应力分布规律。结果表明:接头表面环向、径向残余应力基本呈现出拉应力状态,分布类似抛物线形状,呈现出中间高、两边低的形态;由于奥氏体不锈钢母材侧熔合线为典型的异种金属焊接区域,残余应力梯度明显偏大,焊缝有柱状晶的存在,焊缝中心处亦存在较大的应力梯度。     

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。     

焊接件的残余应力与热处理

钢在焊接过程中，发生残余座力的原因是焊缝部位的急剧加热，类似局部冶金，焊接接头（低碳钢）被局部力o热的焊缝附近温度显著升高，离加热区较远的温度较低，即在加热时一个地区因膨胀而压向邻近地区，这样使焊件出现不均匀的热膨胀。另一方面热材料在冷却时的收缩不均匀，被熔化了的液态钢冷凝时其收缩率约达2q0，收缩时也影响焊缝邻近地区，产生变形遇到阻碍，由于焊件本身的刚度，此时焊缝区金属承受残余拉应力作用，两边母材金属内部受到残余压应力并相互平衡，构件中出现很大的残余应力，它对构件的承载能力、材料的组织性能和应力腐…     

套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。     

核电SA508-3钢厚壁圆筒纵向焊接残余应力分析

针对由某公司生产首次应用到核电设备上的SA508-3钢,为了获得焊接残余应力分布及规律,采用ANSYS有限元软件对60 mm厚圆筒纵焊的焊接接头进行温度场及残余应力数值模拟,并将模拟结果与相同工艺条件下焊接试验结果进行比较验证.结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合;焊接时热源周围极窄区域温度高,梯度大,远离热源温度峰值急剧下降;圆筒外表面残余应力大于内表面残余应力;焊缝及近焊缝区的残余拉应力值较大,远离焊缝中心残余拉应力值逐渐减小;圆筒两端和中部的残余应力在方向上或数值大小上不同;这对控制圆筒残余应力提供了理论依据.     

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律. 结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区. 激光功率在2.0 ~ 3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势. 但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

核电用特厚SA508-3钢板焊接过程模拟分析

为了得到核电SA508-3钢焊件上各区域热循环曲线及残余应力分布规律,采用有限元软件,通过提出改进的子结构算法,减少模型非线性计算的节点总数,使模拟更加接近真实的厚板焊接过程。模拟结果表明:离热源越近的节点峰值温度越高,冷却速度越快,焊缝上任意节点的热循环曲线基本一致;厚板焊后残余变形关于焊缝中心对称;焊缝外表面的横向残余应力既有压应力,也有拉应力,焊缝内表面为较高的横向拉应力,纵向一直保持较高的残余拉应力,且占主导地位,使得焊件危险部位在沿着焊接方向的焊缝中心附近。     

随焊激冷控制铝锂合金焊接接头残余应力规律研究

采用ABAQUS软件对不同焊接工艺条件下2 mm铝/锂异种金属薄板搅拌摩擦焊过程进行数值模拟，通过建立搅拌摩擦焊热源与干冰冷源模型，将空冷和随焊干冰激冷条件下的温度场与应力场进行对比分析，研究发现：焊接温度场呈现前小后大的椭圆形分布，在垂直于焊缝方向的残余应力表现为“M”型趋势，并且残余应力的峰值位于搅拌头轴肩作用区的边缘位置。相较于空冷条件，随焊激冷工艺条件下AA2060焊件上表面的应力峰值降低约13%。在相同激冷距离下，随着激冷强度降低，热源与冷源间的温度梯度增大，焊件的残余应力降低，结果表明随焊激冷技术可以有效控制铝/锂薄板焊接残余应力。     

TC4钛合金圆管焊接工装设计及工艺优化分析

设计了TC4钛合金薄壁圆管的焊接工装,在焊接过程中将薄壁圆筒纵向焊缝分成数段,可以顺利完成纵缝、环缝的焊接;通过数值模拟技术分析了不同焊接顺序对薄壁筒节纵缝TIG焊接残余变形与应力的影响。模拟结果表明,不同焊接顺序焊后残余变形均以厚度方向为主,焊接顺序对降低薄壁圆筒残余变形作用明显。薄壁圆筒焊后残余应力以纵向为主。分段焊缝相连接的区域纵向残余应力出现较大的波动,分段焊缝的数目越多,相应的纵向残余应力值越高。     

大型电机转子焊接残余应力的数值分析

利用轴对称模型研究了大型电机转子焊接残余应力分布规律 ,探讨了单层单道焊情况下两侧同时焊接、热套、预热等工艺以及三层四道焊情况下焊接顺序对焊接残余应力的影响。研究结果表明 ,磁轭圈与辐板焊接后在焊缝及其周围区域产生较大的三向残余拉应力 ;两侧同时焊接可大大降低径向残余应力 ;热套可降低三向残余拉应力 ,热套后直接焊与热套后先冷却后焊相比效果更佳 ;预热可以降低周向残余拉应力 ;多道焊时径向残余应力主要取决于最后一层 ,尤其是最后一道焊缝 ;两侧的最后一道焊缝同时焊接可显著降低径向残余应力 ,而前面的焊道同时焊接与否并不重要。研究结果为优化生产工艺 ,降低残余应力提供了理论依据     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

机械双金属复合管多层多道焊数值模拟

针对机械复合方式(型号:SFG-L415QB-BS316L,规格:φ355×(11+2)×12 000)复合管,运用有限元模拟软件SYSWELD对复合管进行多层多道焊有限元数值模拟,重点分析封焊处的焊接残余应力。结果表明,封焊区域处于高应力切向拉伸应力状态,在填充焊时,坡口尖端出现较大的切向焊接残余应力,超过400 MPa。最大等效焊接残余应力出现在第六道焊后,约为549 MPa,且峰值出现在基材内层靠近坡口尖端熔合线处,此处恰好为薄弱部位,容易出现焊接裂纹。     

焊接数值模拟材料新模型的建立及应用

在焊接数值模拟中建立了材料性能依赖于温度及温度过程并考虑加工硬化效应的材料新模型,从而可以更加真实地研究焊接过程中应力应变的变化,并更准确地预测焊后残余应力和应变的分布.热力模拟试验结果表明,从热循环峰值温度至室温的冷却过程中,铝合金5A06材料性能变化遵循一系列不同于加热过程的曲线.考虑加工硬化效应后,焊接热循环过程中不同的屈服应力变化过程,导致了不同的纵向残余应力演变历程.考虑焊接热循环历史对材料性能影响,经历了较高温度焊接热循环以后,焊缝区金属的性能有所降低,焊缝区金属的纵向压缩塑性应变在冷却过程中的恢复程度大于常规模型,最终导致焊缝附近残余拉应力水平低于常规模型.