焊接过程对焊接残余应力及残余变形的影响

采用热弹塑性有限元法，对直通焊和多人同时分段焊两种焊接过程的平板对接焊时焊接应力变形和圆柱壳板环缝的焊接变形进行比较，认为多人同时分段焊直通焊无论在降低焊接残余应力还是焊接残余变形都具有非常显著的效果。     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论,其中包括温度场和应力场的数值模拟,介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果,并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势.     

对接试板焊接残余应力实测与数值模拟

使用压痕法对两副对接试板进行了表面焊接残余应力测试,并通过焊接有限元仿真获得了对接试板焊接残余应力分布规律,对比分析了表面残余应力实测和数值模拟结果。分析结果表明,焊接残余应力数值仿真结果和压痕法实测结果趋势一致,数值相差不大,残余拉应力峰值实测为599 MPa,仿真结果为597 MPa,表明数值模拟方法可预测焊接残余应力;焊缝及热影响区最大纵向残余应力属于拉应力,而最大横向残余应力为压应力,横向残余应力峰值低于纵向残余应力峰值;等效应力(Mises应力)峰值792 MPa,高于试板材料在常温下的初始屈服强度,表明该材料具有明显的加工硬化现象。     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

考虑相变的铝合金管焊接残余应力数值模拟

以铝合金薄壁管的对接接头为研究对象,根据实际情况建立了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,运用SY-SWELD软件在考虑相变情况下对其焊接过程温度场与轴向和环向残余应力分布进行数值计算与分析,与实验结果进行对比验证了该模型的准确性。此外,还分析了铝合金管半径变化对残余应力分布的影响规律。结果表明:相变对轴向最大拉应力与环向最大拉应力和压应力都有明显的影响,且考虑相变能更准确地模拟轴向和环向残余应力;在考虑相变情况下,焊接残余应力随半径的增大而增加;并且在不同的半径条件下,距焊缝中心不同距离上的应力分布有着一致的变化趋势。     

Ti2AlNb合金电子束焊接头残余应力及变形的数值模拟

目的 研究平板对接电子束焊接过程中Ti2AlNb合金接头的残余应力及变形规律。方法 采用高斯圆柱体和高斯面组合热源模型模拟了6.6 mm厚的Ti2AlNb合金平板对接电子束焊过程,对比研究了高焊速高束流和低焊速低束流2种工艺参数下焊接接头的残余应力和变形分布规律,并用小孔法测量了焊缝中心及距焊缝中心10 mm位置的残余应力值。结果 在高焊速高束流参数下,获得了熔池体积小、熔池宽度窄(为3.62 mm)、深宽比高的焊缝;在该参数下焊缝横截面上的高应力集中区(应力在900 MPa以上)尺寸较小,其宽度仅为低焊速低束流参数下的89%;同时,在高焊速高束流参数下,焊缝法向变形最大值为0.79 mm,低于低焊速低束流参数下的0.82 mm;模拟计算所得残余应力与实测值的误差在5.64%以内。结论 高束流高焊速工艺具有热输入小、热量集中、加工效率高的特点,有助于获得高应力集中区域小、深宽比高、变形小的焊缝,比低束流低焊速工艺更具优势。     

低强匹配对接接头焊接残余应力的数值模拟分析

本文采用数值模拟方法,分析了低强匹配对接接头2种拘束条件、5种屈服强度匹配系数的焊接残余应力。结果表明,低强匹配接头焊根处的三向残余拉应力较小,对静载强度影响不大;焊趾处的三向残余拉应力较大,对疲劳强度和冷裂倾向有不利影响。自由状态的纵向残余应力和两端约束状态的横向残余应力,焊缝金属屈服强度每降低25MPa,其残余应力减少约11MPa。     

高强度船体钢环形拘束焊接接头残余应力的分布

本文采用数值模拟的方法,对船体结构的某一环形拘束焊缝进行焊接残余应力的模拟计算.同时采用压痕式应力测试仪,对实际船体结构进行测试,并与模拟结果相对比验证.结果表明,模拟结果与实测结果测得的焊接残余应力分布规律基本一致,环形拘束焊缝纵向残余应力大于横向残余应力,最大焊接残余应力位于靠近热影响区的直线段焊缝近表面处.     

小口径厚壁12Cr1MoVG钢管焊接残余应力的数值模拟

以小口径厚壁12Cr1MoVG珠光体耐热钢管多层多道焊接接头为对象,使用有限元模拟软件,采用生死单元法,计算焊接接头中的残余应力。计算结果表明:焊接接头外壁焊缝附近区域的残余应力为压应力,母材端的残余应力变化幅度要比焊缝区的小;焊接接头内壁焊缝及热影响区的残余应力为压应力,而母材承受拉应力。通过对比可知焊接接头内、外壁轴向残余应力分布的计算结果与实测结果高度吻合,说明数值模拟方法可以为管状接头的焊接工艺评定提供便利、可靠的技术支持。     

超声冲击改善高强钢焊接接头残余应力的数值模拟分析

通过将数值模拟技术应用于超声冲击工艺的研究,合理处理超声冲击加载方式和接触条件,建立了超声冲击工艺有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明,10Ni5CrMoV钢焊趾部位存在高达660MPa的残余拉应力,超声冲击技术能够改善其残余应力分布,在焊趾部位形成超过400MPa的残余压应力。     

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接接头残余应力数值模拟研究

目的 采用数值模拟方法代替传统测量方法,以准确模拟不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布规律及预热温度对焊接残余应力的影响规律。方法 采用TIG焊接方法对304不锈钢进行圆管纵缝焊接试验,以最优焊接工艺参数为基础,基于ABAQUS有限元仿真软件,采用热力完全耦合模型,在DFLUX子程序中运用Fortran语言对模型进行汇编以完成ABAQUS的二次开发,模拟薄壁管件纵缝焊接热力耦合过程,并在模拟结果上添加预热温度为150 ℃的预热工艺。结果 304不锈钢薄壁管件焊接过程中会产生较大的残余应力,局部区域接近管材的屈服应力。纵向残余应力趋于焊缝中心方向由压应力转化为拉应力,焊缝中心横向应力承受压应力,并且随着向焊缝两侧移动,横向残余应力值逐渐趋近于0。焊缝厚度方向上的径向应力值变化幅度较小。预热可以有效降低不同方向上的焊接残余应力,其中对纵向残余应力的改善最为明显。结论 数值模拟方法能够准确计算出不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布,预热处理能够有效降低接头残余应力。     

基于数值模拟的选区激光熔化成形残余应力演化研究

目的 以选区激光熔化成形（SLM）试件的残余应力为研究对象,研究残余应力对成形质量的影响,为SLM成形的产业化应用提供理论依据。方法 以316L不锈钢粉末为原材料,利用Altair Inspire软件的Print3D模块分析SLM成形中支撑、成形角对残余应力的影响及残余应力的演化规律,并进行实验验证。结果 SLM成形最大残余应力出现在零件与基板结合面,添加支撑可减小残余应力。零件不同位置残余应力的演化规律不同。顶部残余应力呈先增大后减小的趋势,底部两侧残余应力呈缓慢上升的趋势;底部中间残余应力的演化规律较为复杂：起先残余应力随温度的降低而增大,当温度降到最低点时达最大值;随后在热累积作用下,残余应力先减小后增大,当达到去应力退火温度时,残余应力又减小并在一定范围内波动。残余应力随着成形角的增大呈先增大后减小再增大的趋势,当成形角为60°时,残余应力较小。结论 在SLM成形时,在零件底部添加支撑可将最大残余应力位置转移到支撑上,从而减小成形件内部的残余应力,提高成形质量。成形零件不同位置残余应力的演化规律不同,成形角对残余应力的影响也不同,成形时应根据零件工况制定合适的打印策略。     

Review on the Prediction of Residual Stress in Welded Steel Components

Residual stress after welding has negative effects on the service life of welded steel components or structures. This work reviews three most commonly used methods for predicting residual stress, namely, empirical, semi-empirical and process simulation methods. Basic principles adopted by these methods are introduced. The features and limitations of each method are discussed as well. The empirical method is the most practical but its accuracy relies heavily on experiments. Mechanical theories are employed in the semi-empirical method, while other aspects, such as temperature variation and phase transformation, are simply ignored. The process simulation method has been widely used due to its capability of handling with large and complex components. To improve its accuracy and efficiency, several improvements need to be done for each simulation aspect of this method.     

铸件残余应力的测定和消除方法

介绍了铸件残余应力的产生原因、测定方法扣消除与预测的方法，重点阐述了几种残余应力的测定方法和数值模拟分析在残余应力预测中的应用。数值模拟分析现已成为一种普遍应用的残余应力预测方法。     

Q355钢板对接接头裂纹扩展所致焊接残余应力重分布研究

目的 定量研究裂纹扩展导致的焊接残余应力重分布效应,得到残余应力随裂纹扩展的变化规律。方法 首先采用盲孔法测试了Q355钢板对接接头的初始残余应力;其次利用线切割技术模拟了平行以及垂直于焊缝的裂纹扩展情况,并测试了裂纹扩展导致的残余应力变化量;最后根据测试数据提出了残余应力释放量Δσ与裂纹长度a之间的函数关系式,进一步得到了基于裂纹扩展的应力重分布计算公式。结果 Q355钢板对接焊的焊缝区纵向(沿焊缝方向)存在较大的残余拉应力,拉应力峰值出现在焊趾处,为屈服强度的1.13倍。焊缝区横向存在梯度较大、拉压交替变化的残余应力,压应力峰值出现在焊趾处,大小为52.6 MPa,拉应力峰值出现在距焊缝中心线17 mm处,大小为63.5 MPa。裂纹扩展能显著释放残余拉应力:裂纹沿焊缝中心扩展,横向残余拉应力峰值降低了45.8%;裂纹沿垂直于焊缝方向扩展,焊趾处的拉应力峰值降低了63.3%。结论 裂纹扩展会显著影响焊接构件的残余应力分布,根据实测数据提出的裂纹扩展应力重分布计算公式能够较好地反映残余应力重分布情况。     

搅拌摩擦焊焊缝塑性流动规律的数值模拟

使用FLUENT流体工程仿真软件对搅拌摩擦焊缝金属的塑性流动进行了数值模拟;初步得出了搅拌摩擦焊焊缝塑性流体流动规律.实验结果表明:随着距轴肩和搅拌针距离的增大,速度场开始减弱,焊缝金属由顶面向底面、由搅拌区向旋转区的流动也随之减弱.     

压力容器中焊接残余应力的消除对策

阐述了压力容器焊接残余应力的消除对策，综合国内外资料，结合工程实践，对当前在压力容器工程设计中如何正确选择既保证质量又经济适用的消除焊接残余应力的方法予以评述，分析和比较，并提出建议。