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.     

坡口形式对SUS304奥氏体不锈钢对接接头残余应力和变形的影响

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V形、K形和X形坡口SUS304奥氏体不锈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,采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形. 计算得到的焊接残余应力和角变形与实测结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 试验和数值结果表明,坡口形式对接头的残余应力和角变形有显著的影响:V形坡口的高拉伸残余应力区和角变形均明显大于K形坡口和X形坡口,而K形坡口则略大于X形坡口; 坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小.     

考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.     

低碳钢薄板单道堆焊焊接变形的数值模拟

基于ABAQUS有限元分析软件,开发了考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元计算方法.利用所开发的数值方法对薄板单道堆焊时的焊接残余应力和变形进行了模拟.同时采用试验方法测量了薄板接头的焊接变形和残余应力.通过对比数值模拟结果和试验结果,验证了所开发方法的有效性.在同时考虑几何非线性与材料非线性的情况下,有限元计算得到的焊接变形结果与实测值一致;计算得到的焊接残余应力也与实测值比较吻合.此外利用数值模拟方法详细研究了薄板焊接变形的特点和残余应力的分布特征.     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

焊接顺序对汽车零件十字接头焊接残余应力及变形影响的数值分析

为了研究焊接顺序对十字接头焊接残余应力及变形的影响,本文基于MSC.Marc大型有限元分析软件,开发了用于模拟焊接温度场、应力场和应变场的热-弹-塑性非线性有限元计算方法。在所开发的计算方法中,采用了双椭球高斯体积移动热源模型来模拟焊接的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了低合金高强钢Q345的十字型接头焊接残余应力与变形。并考察了焊接顺序对该接头焊接残余应力和变形的影响。结果表明,焊接顺序对十字接头的纵向残余应力有明显的影响;同时对焊接变形也具有一定的影响;但是对横向残余应力无明显的影响。     

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.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟;Ti（C，N）／40Cr钎焊接头残余应力数值计算;分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响;高频焊管残余应力的测量及三维有限元数值模拟;基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测;     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

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。     

Numerical Simulation and Experimental Investigation of Residual Stresses and Distortions in Pulsed Laser Welding of Hastelloy C-276 Thin Sheets

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步研究了拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接瞬态应力和塑性应变、残余应力及变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;拘束距离对瞬态塑性应变的大小有显著影响,进而改变了残余应力及变形的分布和大小。随着夹具拘束距离从20 mm减小到4 mm,除了纵向残余拉伸应力外,横向残余拉伸应力和位移的峰值以及角变形的大小都呈减小的趋势。相对较小的拘束距离可以作为抑制横向残余拉伸应力和角变形的高效低成本方法,但对纵向残余拉伸应力有不利影响。     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。激光焊接线能量增加时，纵向残余应力拉伸区域变宽，峰值应力降低，而横向残余应力随线能量的增加而升高。在临界焊透规范以上焊接时，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

基于FEA的插管结构焊接变形规律分析

为了明确插管结构的焊接变形规律，利用有限元分析软件MSC.Marc，考虑材料非线性和几何非线性，建立了热弹塑性有限元模型，应用生死单元法分别模拟了两个插管与壳板的焊接过程.结果表明，插管发生鼓胀变形，并伴有轴线的偏移；焊缝附近的壳板发生翘曲变形，壳板其余位置刚度较小处发生较大的下塌变形.在插管结构的有限元模拟之前，通过平板对接试验与相应模型的有限元模拟对比，从特征节点的热过程、特征节点的焊接残余应力和焊后角变形三个方面论证了有限元模型及相关输入参数的合理性.     

Influence of Material Model on Prediction Accuracy of Welding Residual Stress in an Austenitic Stainless Steel Multi-pass Butt-Welded Joint

Both experimental method and numerical simulation technology were employed to investigate welding residual stress distribution in a SUS304 steel multi-pass butt-welded joint in the current study. The main objective is to clarify the influence of strain hardening model and the yield strength of weld metal on prediction accuracy of welding residual stress. In the experiment, a SUS304 steel butt-welded joint with 17 passes was fabricated, and the welding residual stresses on both the upper and bottom surfaces of the middle cross section were measured. Meanwhile, based on ABAQUS Code, an advanced computational approach considering different plastic models as well as annealing effect was developed to simulate welding residual stress. In the simulations, the perfect plastic model, the isotropic strain hardening model, the kinematic strain hardening model and the mixed isotropic-kinematic strain hardening model were employed to calculate the welding residual stress distributions in the multi-pass butt-welded joint. In all plastic models with the consideration of strain hardening, the annealing effect was also taken into account. In addition, the influence of the yield strength of weld metal on the simulation result of residual stress was also investigated numerically. The conclusions drawn by this work will be helpful in predicting welding residual stresses of austenitic stainless steel welded structures used in nuclear power plants.     

New technique to control welding buckling distortion and residual stress with non-contact electromagnetic impact

Abstract

A new technique using non-contact electromagnetic forces has been proposed for controlling welding buckling distortion and residual stresses in welded thin plates. The experimental results show that the method can successfully eliminate the buckling distortion and reduce the residual stresses. Three-dimensional finite element modelling has been developed to study the evolution of the stress and strain throughout the welding and electromagnetic impacts. The predicted welding distortion and residual stresses are in good agreement with the experimental results. The numerical analyses show that the reduction in distortion and stress is a result of the change of the plastic strain field in the weld region: electromagnetic impacts reduce longitudinal compressive plastic strain in the local region near the weld, and even produce the tensile plastic strain. Moreover, it is found that the residual stress can promote the changes of the longitudinal plastic strain state under electromagnetic impact.     

预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响

在预拉伸应力作用下，进行了厚度为4mm的5A05铝合金试板的焊接，焊后残余应力及变形的测定结果表明．预拉伸焊接法可有效减小铝合金薄板焊后的纵向残余应力、纵向挠曲变形和平面变形。在弹性应力范由内，随着预应力的增大，试板的残余应力峰值、纵向挠曲变形及平面变形均逐渐减小。分析认为，预拉伸应力部分抵消了焊接区热膨胀产生的压缩应力，从而减小了压缩塑性变形，进而减小了冷却时焊接区域的拉伸应力水平，相应地远离焊缝区域的压缩应力也随之减小。