数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

超临界锅炉机组过热器用Super304H钢管道TIG焊接有限元分析

基于ANSYS软件平台,建立了Super304H钢管道TIG焊接的有限元数值分析模型.采用单元生死的热源模式进行加载,获得了焊接温度场分布规律.利用温度-应力间接耦合的方法计算了焊接残余应力场.结果表明:在焊缝及附近区域,管道外表面的环向和轴向残余应力均为压应力,管道内表面为较大的残余拉应力.在焊趾处,管道内表面的环向残余应力最大值约260MPa,轴向残余最大值约230MPa.     

钢管混凝土拱桥大管径拱肋环焊缝焊接数值模拟

为了研究大管径拱肋环焊缝焊接接头残余应力分布规律,用ANSYS软件对直径1 400 mm,厚度26 mm的拱肋环焊缝进行了焊接温度场及应力场数值模拟. 分析了焊接过程的温度分布云图及应力分布云图,获取了特征节点的热循环曲线,分析了焊后内外表面各残余应力分布情况及内表面残余应力形成过程. 结果表明,等效残余拉应力峰值出现在钢管内表面焊缝底部. 焊后径向和环向残余应力在内、外表面大部分区域形成压应力,轴向残余应力在内、外表面形成拉-压相间的应力分布,等效残余应力在内、外表面均为拉应力. 残余应力形成过程中,第2 ~ 7层的径向、环向、轴向及等效残余应力曲线与第1层径向、环向、轴向及等效残余应力曲线相比,除在波峰及波谷处有较小变化外,其它区域残余应力几乎不变.     

双相不锈钢管道全位置焊接残余应力三维有限元数值模拟

以热弹塑理论为基础，利用ANSYS非线性分析有限元程序，对双相不锈钢管道接头环焊缝残余应力进行三维数值模拟。建立了管道全位置焊接瞬态温度场和应力场三维移动热源模型，获得了环焊缝焊接接头轴向和环向残余应力的分布规律：在管道接头内表面的焊缝及近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力，随着离开焊缝距离的增加，由拉应力逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力，而环向残余应力为拉应力。从环向位置上的应力变化规律可以看出正半周和负半周的应力分布具有明显的对称性。研究结果为优化生产工艺，控制残余应力提供了理论依据。     

基于ABAQUS的X80管线钢焊接残余应力数值模拟

以有限元软件ABAQUS为基础,采用热-应力顺序耦合的计算程序,建立多分析步生死单元对X80管线钢焊接残余应力及焊后热处理进行模拟。结果表明:焊热过程会产生较大残余应力;管道的环向残余应力大于轴向应力;外表面的等效残余应力大于内表面的等效残余应力;热处理后,内表面的残余应力下降幅度为76.7%,外表面的残余应力下降幅度为35.9%。     

环形构件激光束钎焊过程的有限元模拟

对铍环激光束钎焊过程的温度场和应力场进行了有限元模拟。分析采用轴对称模型和热力耦合的有限元方法，并假定沉积到钎缝表面的激光束能量满足Gauss分布。结果表明，焊接温度场分析得到的熔池大小与金相分析得到的焊缝几何尺寸比较一致；在离钎缝2．5mm以内的区域，焊接残余应力非常大，材料发生塑性屈服，环向应力大于轴向应力，从而使得铍环容易发生轴向开裂；远离钎缝区域，铍环内外表面同时发生向内的径向收缩，离钎缝1mm范围内，铍环外表面向外膨胀，内表面继续向内收缩；焊接残余应力主要分布在离钎缝15mm以内的区域。     

补焊长度对HP40Nb炉管残余应力的影响分析

运用ABAQUS有限元软件,对乙烯裂解炉管不同补焊长度下的残余应力分布进行了3D有限元模拟,讨论补焊长度对残余应力分布的影响。研究结果表明:环向残余应力在内外表面分布规律相同,轴向残余应力在内外表面分布规律相反。不同长度补焊均使得环向和轴向应力增加。补焊长度越短,受起止点影响越大,残余应力值越高。随着补焊长度的增加,补焊区域环向和轴向应力均降低。     

铍环激光束钎焊过程的数值模拟

采用MARC软件对铍环激光束钎焊过程的温度场和应力场进行有限元分析，温度场分析得到与铍环实际激光束钎焊基本一致的焊缝形状，应力场分析表明，焊接后轴向应力和环向应力在焊缝中心的钎料上为压应力，在铍玻外表面热影响区的内表面均为拉应力，径向应力为压应力，焊接残余应力主要分布在离焊缝2mm的范围内，焊接后铍环内外表面发生径向收缩，将有限元分析得以的铍坏外形面的轴向残余应力结果与实测结果进行了比较，二者所反映的应力变化趋势基本一致。     

低碳钢管道焊接残余应力有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析有限元程序,对低碳钢管道环焊缝接头焊接残余应力进行有限元分析。在热弹塑性分析中考虑了材料热物理和力学性能依赖于温度变化。结果表明：在管道接头内表面焊缝中心及近缝区轴向和环向残余应力均为拉应力,随离开焊缝距离的增加,逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余力为压应力,而环向残余应力为拉应力。计算预测值和实侧值基本一致,表明有限元法能够经济而有效地预测管道环焊缝接头的焊接残余应力。     

X80管道环缝焊接残余应力数值模拟

利用ABAQUS软件对直径1 016 mm的X80天然气管道进行单层单道、4层4道与6层6道环缝的焊接模拟,研究管道的壁厚一定时,随焊接层数的变化,管道内、外表面轴向和环向焊接残余应力的变化趋势;随后对管道进行焊后热处理的模拟,考察经过热处理工艺后的残余应力变化规律.研究结果表明,当焊接层数增加时,环焊缝截面高应力区域的焊接残余应力大小整体下降;管道内、外表面的环向应力分布规律整体表现为由拉应力变为压应力,与4层、6层焊接不同,单层焊接管道外表面的轴向应力始终为压应力;热处理后,外表面的轴向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为51.5％.内表面的环向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为65.1％..     

基于轮廓法测试惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法测试小尺寸镍基高温合金惯性摩擦焊接头的内部环向应力、中等尺寸惯性摩擦焊接头内部环向和轴向应力;分析惯性摩擦焊接头内部环向和轴向残余应力分布特征. 结果表明,轮廓法能测试小尺寸及窄小焊缝试件的内部残余应力,能反映出窄小焊缝内部的大梯度焊接残余应力全貌;惯性摩擦焊接头的环向应力沿轴向变化剧烈,沿环向分布均匀,沿厚度分布不均匀;焊缝中心位置外表层区域环向应力小于内表层区域环向应力;焊缝中心外表面轴向应力为压应力,而内表面轴向应力为拉应力,且轴向应力沿厚度呈线性变化.     

Numerical simulation of stress and deformation of in-service welding onto gas pipeline

SYSWELD was used to simulate in-service welding process of gas pipeline of X70 pipeline steel. Welding thermal cycle, stress and deformation of in-service welded joint were studied. The results show that peak temperature of coarse grain heat-affected zone （CGHAZ） of in-service welding onto gas pipeline is the same with routine welding, but ts/5, ts/3 and ts/1 decrease at certain degree. For the zone near welded seam, axial stress and hoop stress in the inner pipe wall are compressive stress when welding source passes through the cross-section that is studied, but residual axial stress and residual hoop stress after welded are all tensile stress. Transient deformation and residual deformation are all convex deformation compared with the original pipe diameter size. Deformation achieves maximum when welding thermal source passes through the cross-section that is studied and then decreases during the cooling process after welding.     

Internal residual stress measurement on inertia friction welding of nickel-based superalloy

The internal residual stress in the narrow inertia friction welding (IFW) welds of FGH96 nickel-based superalloy was measured with the contour method (CM). The as-welded internal hoop and axial residual stresses were obtained after two cuts and the detailed steps of the CM measurement were described. In addition, the hole-drilling method was used to obtain the surface stress. Furthermore, the internal hoop residual stress of a FGH96 superalloy IFW specimen after post-weld heat treatment (PWHT) was also measured with the CM after a single cut. The measured results show that the peak hoop residual stress is not symmetrical about the weld centreline. Axial residual stress on the outer surface at the weld centreline is compressive stress, while tensile stress appears on the inner surface, and it varies linearly along the thickness. The peak values of hoop tensile and compressive stresses decrease dramatically after PWHT.     

管对接全位置焊应力应变场三维有限元数值分析

基于有限元分析软件ANSYS,对SA335 P91钢管全位置对接打底焊温度场和应力应变场进行了三维数值模拟.建立了焊接瞬态温度场和应力应变场三维移动热源模型,得到了全位置焊时左右焊道交汇处(90°)的瞬态轴向应力和环向应力分布以及应力应变随时间变化的规律:在闭合小孔区内表面的轴向和环向应力均为拉伸应力,且环向应力比轴向应力大,并有明显的边缘应力效应;该处在高温凝固阶段的瞬态应力随小孔停留时间的延长和焊接电流的增大而减小,而其应变的变化则随之增大,这是造成打底焊时在小孔闭合区容易产生凝固裂纹的主要原因.     

核电SA508-3钢大型筒体环焊残余应力分析

为了准确地预测核电SA508-3钢的大型筒体环焊温度和残余应力变化规律,基于ANSYS有限元软件,引入子结构法优化焊接模拟过程,并比较模拟结果与试验数据.结果表明,文中采用的计算方法成功地模拟了更加接近真实的筒体环焊过程,且模拟结果与实测值基本吻合;焊缝上所有节点的热循环曲线相似,热影响区的模拟宽度为4 mm左右;筒体外表面焊缝中心线上任意节点的残余应力大小相近,仅在靠近筒体外表面焊缝中心线附近存在一定的轴向压应力,其它区域大部分为拉应力,环向保持较高的拉应力;筒体焊后产生内凹残余变形;结果可为分析大型筒体环焊残余应力提供参考数据.