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.     

基于ANSYS的Q345R厚板焊接数值模拟研究

利用ANSYS14.0软件中的高斯分布热源,通过在40 mm厚Q345R钢板对接U形和X形坡口焊接建立焊接有限元模型,对温度和应力场进行了研究分析。结果表明:焊接熔池外围的等温线呈卵形,U形坡口相对于X形坡口,热源温度场较均匀。对于X形坡口,x方向最大拉应力为322 MPa,最大压应力为-271 MPa; y方向最大拉应力为154 MPa,最大压应力为-181 MPa; Mises最大应力为301 MPa。对于U形坡口,x方向最大拉应力为305 MPa,最大压应力为-259 MPa; y方向最大拉应力为73.1 MPa,最大压应力为-183 MPa; Mises最大应力为305 MPa。可以发现除了Mises应力,X形坡口x向、 y向残余应力均大于U形坡口残余应力。     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

异种钢2205DSS与Q345R焊接热过程模拟及组织研究

采用有限元分析软件模拟2205DSS与Q345R异种钢的焊接热过程,研究其熔合区的碳迁移程度,揭示了焊接热过程与碳迁移之间的相关性。结果表明,无论在热源加载阶段亦或是自由空冷阶段,温度场的中心椭圆并不对称,2205DSS侧的高温区域面积大于Q345R侧;Q345R侧碳迁移宽度从多层焊盖面到焊根GTAW焊缝的过程中越来越大,到了最下面的GTAW区,碳迁移宽度达到了27.5μm;Qt值随着焊缝层数的提高而逐渐减小,最底层焊缝碳迁移区的Qt值最大,其次为第二层,第三层的Qt值最小。     

残余应力和变形在Q345D钢CO2气体保护焊接接头中的分布

基于有限元分析软件,采用数值模拟方法分析了Q345D低合金高强钢T型接头双面焊接残余应力和变形的分布.数值分析时,选择双椭球焊接热源模型,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,重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.研究结果可为同类素材的实际焊接提供理论借鉴.     

20/Q345R异种钢焊接接头残余应力及变形的有限元分析

基于Ansys模拟软件，采用生死单元法编写APDL命令流，对20/Q345R异种钢平板对接多层焊的焊接温度场及应力场进行了模拟计算，并通过试验对模拟结果进行了验证，试验结果和模拟结果吻合良好。结果表明，异种钢焊接过程中温度场分布不对称，且Q345R钢侧高温区域稍大于20钢侧的；焊接过程中，等效应力集中分布于焊缝及其附近区域，焊后等效应力以变形的方式进行释放，导致结构产生了一定程度的变形，焊缝附近应力呈现较大的梯度；焊缝中间部位横向收缩最大，引弧和熄弧处横向收缩较小，焊后试件变形较小。     

Q345钢的MAG焊接接头组织及力学性能分析

采用MAG焊接方法制备了不同厚度Q345钢平板对接焊件,分别对其进行拉伸、冲击、弯曲力学性能测试,并对焊缝区域进行显微组织观察,最后采用盲孔法测量焊接试样的残余应力.测试结果表明:12 mm/12 mm焊接试样的综合力学性能明显优于10 mm/12mm与10 mm/10 mm焊接试样.在焊缝中心处10mm/12 mm焊...     

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.     

焊接残余应力对Invar钢疲劳寿命影响分析

利用有限元软件MSC.Marc计算了液化石油天然气船液舱Invar钢薄膜的焊接温度场和残余应力场,并计算了焊接残余应力与液体晃荡压力耦合条件下焊缝处的疲劳寿命.结果表明,焊缝表面中心线上的节点的纵向残余应力可达298.1 MPa左右,焊缝纵向残余应力的峰值可达328.3 MPa左右,高于Invar钢的室温屈服强度280.1 MPa.由于焊接残余应力的存在,Invar钢薄膜焊缝的疲劳寿命约由2.1×106降低到1.7×105.     

箱板装配式钢结构焊接残余应力的数值模拟与研究

文中旨在对箱板装配式钢结构的焊接残余应力进行研究。由于箱板装配式钢结构通常选用Q235B钢和Q345B钢,故对这2种钢材的焊接残余应力进行研究。通过Abaqus关联Dflux热源子程序对Q235B与Q345B钢板进行焊接模拟,并利用超声波检测方法对钢板进行焊接残余应力测试。结果表明：钢材的屈服强度对焊接残余应力有显著影响;在焊缝热影响区上的纵向残余应力以拉应力为主,在整个焊件上的横向残余应力既存在拉应力,也存在压应力;钢板残余应力试验结果与模拟结果基本吻合,验证了Abaqus模拟钢板焊接的可靠性。     

550℃热处理对Q345R/316L复合板焊接接头残余应力及腐蚀性能的影响

为了研究550℃时的热处理工艺对复合板焊接接头残余应力及腐蚀性能的影响,本研究对首钢公司生产的13 mm+3 mm厚的Q345R/316L复合板进行了焊接。复合板焊接后对接头进行了550℃保温2 h的热处理,分别对热处理前后的残余应力及耐晶间腐蚀性能进行了测试。研究发现,该热处理工艺处理后的复合板焊接头碳钢侧的最大残余应力降低了58%,不锈钢侧降低了27%。复合板不锈钢焊缝区经热处理后,组织出现碳化铬析出,导致了晶间腐蚀性能不合。     

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。     

超声波冲击处理和焊后热处理对大厚度核电结构用钢焊接残余应力的影响

制造了核电结构用钢Q390B和Q345D大厚度焊接试板,采用小孔法和X射线衍射法(XRD)测试试板经超声波冲击处理前后及焊后热处理的表面残余应力,比较超声波冲击处理和焊后热处理对大厚板焊接残余应力的影响。研究结果表明:大厚度试板经覆盖焊缝和母材的超声波冲击处理后,焊缝表面横纵应力由高达400~550 MPa的拉应力降低至-200~-400 MPa的压应力,应力下降幅值达到700~800 MPa,未冲击区域的焊接应力不受影响;热处理后母材和焊缝的表面横纵应力分布均匀,最大拉应力幅值小于100 MPa,应力下降幅度为400 MPa左右。     

S31603和Q345R异种钢焊接工艺

某再生塔塔体由两部分组成,上部分材特Q345R,下部分材料S31603,其终止焊缝为S31603和Q345R异种钢焊接,在工艺评定弯曲试验时Q345R侧发生开裂.从选择合适的焊接方法、焊接坡口、焊接材料、焊接热输入、预热和层间温度等方面分析、探讨,并制作模拟件,确定合适的焊接工艺,保证了S31603和Q345R异种钢焊接接头的性能.     

输电塔角钢搭接接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了角钢搭接接头焊接残余应力的三维数值分析模型,利用ANSYS有限元软件对Q235和Q345角钢搭接焊接残余应力场进行了模拟计算,并分析了其应力分布特征。结果表明:焊缝及附近区域存在应力集中,尤其是焊根附近;相较于x及y方向,z方向(纵向)残余应力峰值较大;Q235角钢z方向拉应力峰值高于其屈服强度,Q345角钢z方向拉应力峰值低于其屈服强度;而两角钢焊缝及附近区域的Von-Mises等效应力则都分别超过了两者的屈服强度。此外,两角钢残余应力分布存在差别,Q235角钢外侧表面应力较内侧小,Q345角钢则相反。     

等离子弧焊Q345B和430不锈钢异种接头的微观组织与性能

摘要： 采用等离子弧焊对3 mm厚的Q345低合金钢与430不锈钢进行异种钢焊接,并对接头微观组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,当转弧电流为100 A时,等离子弧焊Q345B/430异种钢接头的焊缝组织为均匀分布的马氏体及针状铁素体,焊接接头综合性能优良。随着电流的增大,焊缝组织转变为粗大板条马氏体及铁素体。两侧热影响区组织均发生一定程度的粗化,且Q345B侧热影响区出现魏氏组织。焊接接头于焊缝处显微硬度最大,不同转弧电流条件下异种钢显微硬度分布趋势大致相同。不同转弧电流下,焊接接头抗拉强度均与430不锈钢相近,且均断裂在靠近焊缝的430母材侧,转弧电流为100 A时接头抗拉强度最大值427 MPa。焊接接头的耐腐蚀性能与焊接电流呈负相关趋势。 创新点： 试验结果为铁素体低合金钢与铁素体不锈钢异种钢接头的应用提供了工艺数据与支撑。     

手工MAG焊接Q345D钢工字梁结构热特性的有限元分析

采用焊接专用有限元分析软件对Q345D低合金高强钢工字梁焊接结构手工MAG焊接过程进行数值仿真,分析最优热输入条件下的温度场分布、熔池形态及熔池邻近区域金属升降温速率.此外,结合Q345D钢连续冷却组织转变图(CCT曲线),预测了焊缝及热影响区的微观组织组成.研究结果可为下一步预测该焊接变形和残余应力的分布提供热学方面的理论借鉴.     

焊缝强度不匹配对残余应力的影响

基于热弹塑性有限元法,开发顺次耦合焊接残余应力计算程序,对Q345R钢焊接残余应力进行分析,讨论焊缝强度不匹配对残余应力的影响.结果表明,焊缝强度对残余应力影响较大.当焊缝屈服强度与母材相同时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度.当焊缝屈服强度高于母材强度时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度,热影响区纵向残余应力高于母材屈服强度.且随着焊缝强度增加,热影响区纵向残余应力增加.     

Q345R钢焊接接头不同部位补焊残余应力的有限元分析

Q345R钢由于具有良好的性能而广泛应用于压力容器与管道的制造,其焊接接头部位常出现裂纹,焊接残余应力是主要影响因素之一.利用有限元软件ABAOUS,开发了一个顺次耦合的热应力计算程序,对焊接接头焊缝区域与热影响区补焊的残余应力分布进行了数值模拟,得到了补焊残余应力的分布位置及大小.结果表明,补焊后,残余应力值比焊态下残余应力值有所增加,纵向应力和横向应力值增加幅度不同.为此,对实际补焊修复提出了建议,为优化补焊工艺、控制残余应力提供了参考依据.