相变塑性对低温相变钢焊接接头残余应力计算精度的影响

基于JWRIAN焊接数值模拟软件,开发了考虑固态相变的热-冶金-力学耦合的数值计算方法来模拟低温相变钢的焊接残余应力.重点讨论了固态相变中的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响.结果表明,相变引起的体积变化和屈服强度变化对最终的焊接残余应力分布和大小有显著影响,相变塑性与前两者相比较影响相对较小,但它对焊缝和热影响区在相变过程中的应力变化趋势有一定的减缓作用,从而适度"松弛"了残余应力.     

固态相变对P92钢焊接接头残余应力的影响

采用光学显微镜、显微硬度仪和盲孔法研究了P92钢平板焊接接头的微观组织、显微硬度和表面残余应力分布.同时,基于SYSWELD软件开发了考虑材料固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法,并采用该方法模拟了P92钢的Satoh试验和单道堆焊接头的温度场及应力场分布,探讨了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性(TRIP)对焊接残余应力形成过程及最终残余应力分布的影响.实验结果表明,P92钢平板焊接接头焊缝组织为淬火马氏体,其平均显微硬度为440 HV,母材(BM)组织为回火马氏体,其显微硬度为240 HV.Satoh试验的数值模拟表明,固态相变引起的体积变化和屈服强度变化不仅对残余应力的形成过程及最终应力的分布和峰值大小有显著影响,甚至可以改变应力的符号;而TRIP效应则具有减缓因体积膨胀和屈服强度变化所引起应力变化趋势的作用.进一步的计算结果表明,P92钢堆焊接头焊缝和热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,而靠近HAZ的BM上存在较大的纵向拉应力,峰值为600 MPa,该值超过了P92钢的室温屈服强度;整个焊接接头的横向残余应力峰值为130 MPa,远小于其纵向残余应力的峰值.数值计算结果与盲孔法测量得到的结果比较吻合,表明了所开发的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法有较高的计算精度.     

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.     

P92/IN625异种钢焊接残余应力数值模拟

为研究P92/IN625异种钢焊接接头的残余应力分布特征,基于焊接专用有限元模拟软件SYSWELD,开发了考虑材料固态相变和加工硬化因素的"热-冶金-力学"耦合的有限元计算方法。利用所开发的计算方法,对P92/IN625异种钢对接接头的焊接温度场和残余应力分布进行模拟,并将残余应力模拟结果与文献中获取的中子衍射法和深孔法试验数据进行对比。研究结果表明,轴向和周向的残余应力的计算结果都与试验值比较吻合,验证所开发的有限元计算方法的合理性。     

固态相变对2.25Cr1Mo钢多道焊组织及残余应力的影响

基于Abaqus及其子程序，提出了考虑包括奥氏体相变、贝氏体相变和马氏体相变在内的固态相变的2.25Cr1Mo钢焊接模拟方法。模拟考虑了固态相变产生的相变潜热、体积变化和屈服强度改变，对2.25Cr1Mo钢平板多道焊模型的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了计算，并研究了其规律。研究结果表明：相变潜热使得焊后贝氏体生成量增多，马氏体生成量减少。相变导致的屈服强度改变使得焊后残余应力大幅下降，相变导致的体积变化减小了焊缝内部残余应力。     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

固态相变对10Ni5CrMoV钢焊接残余应力的影响

10Ni5CrMoV钢属于低合金高强钢,固态相变效应在其焊接热-力耦合分析中不可忽略.固态相变效应表现为体积变化和屈服强度"滞后"现象,通过热膨胀试验测试相变参数,建立固态相变的数学模型,开展了考虑固态相变效应的10Ni5CrMoV钢焊接热-力耦合分析.结果表明,考虑固态相变效应后,焊缝及焊缝附近（相变区域）纵向拉应力大幅度降低,相变区域相邻位置拉应力仍然较高;横向应力的分布状态变化明显,应力峰值变化较小,约为室温屈服强度的25%.应力测试结果与数值模拟结果较吻合,验证了固态相变模型的准确性.     

基于相变诱导塑性Satoh试验的有限元模拟

通过将相变诱导塑性应变增量引入到总应变增量的分解式中,建立了温度-组织-应力耦合计算的有限元模型.在此基础上,以9Cr1Mo钢作为研究对象,对其Satoh试验进行了有限元模拟,对温度-组织-应力耦合计算以及传统的热弹塑性计算结果进行了对比分析.结果表明,无论在应力的演变上,还是在残余应力水平上,两种计算得到的结果均存在较大差异.由于忽略相变的影响,热弹塑性计算得到的结果无法反映在相变过程中所发生的应力"松弛"现象,与实际结果偏差较大.准确地对焊接应力应变进行预测,需要通过温度-组织-应力耦合考虑相变的影响.     

多重热循环和约束条件对P92钢焊接残余应力的影响

系统地研究了在经受多重热循环的作用下,P92钢板中焊接残余应力的演化过程与形成机理。基于SYSWELD有限元软件,开发了计及"热-冶金-力学"耦合的计算方法,数值模拟了Satoh试验和2道重熔平板接头的应力场。在数值模拟中,详细考虑了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对残余应力形成过程的影响。同时,采用了盲孔(HD)法和X射线衍射(XRD)法测量了P92钢两道非熔化极气体保护焊(TIG)重熔的平板接头残余应力分布。计算结果和实验结果表明2者吻合较好,验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明,P92钢两道重熔平板接头的纵向残余应力呈现出清晰的拉-压相间分布形态。每道焊缝及其热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,HAZ外侧附近产生了较大的纵向拉应力。此外,还采用数值模拟方法探究了横向拘束对焊接残余应力的影响,数值模拟结果表明,横向约束可以明显降低横向残余应力,特别是焊缝端部的应力峰值。     

固态相变对P91钢激光对接接头残余应力的影响

基于SYSWELD软件,模拟了P91钢激光对接焊时的温度场和焊接残余应力,并探讨了固态相变产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响. 数值模拟结果表明,体积膨胀和屈服强度变化对焊接残余应力的大小与分布有显著的影响; 相变塑性在相变过程中有"应力松弛"效应,对焊缝和热影响区的纵向和横向残余应力的值有一定程度的影响. 对比数值模拟结果与试验结果可知,采用文中建立的有限元模型计算得到的残余应力与中子法测量得到的结果基本吻合,在考虑相变塑性的情况下,计算结果与实测值吻合更好.