Inconel 625镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 625镍基合金管道的焊接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用ANSYS软件对该合金管道环焊缝对称焊的残余应力进行了数值模拟,分析了管道外表面轴向和环向残余应力分布,并进行了试验验证;此外,还分析了预热温度对管道残余应力的影响。结果表明:该合金管道焊后外表面轴向与环向残余应力的模拟结果与试验结果在数值和分布趋势上均比较吻合,证明了模型的准确性;在焊缝及近焊缝区的管道外表面形成了轴向压应力和环向拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,轴向压应力逐渐变为拉应力,而环向拉应力逐渐转变为压应力,并最终趋向于0;随着预热温度的升高,管道外表面轴向和环向残余应力均降低。     

改善管道环焊缝接头残余拉应力的研究

本文对管道环焊缝残余应力的产生机理与分布规律进行研究。通过调整应力分布的工艺,可以显著降低焊接接头内表面残余拉应力,甚至产生压应力,从而提高管道抗应力腐蚀开裂的能力。     

相变对管道环焊缝残余应力的影响

利用ADINA程序计算了管道环焊缝接头未考虑相变和考虑相变两种情况下的残余应力,有限元分析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,考虑相变应力比未考虑相变应力,其外表面的轴向压应力值增加,内表面的拉应力值降低;外表面的环向应力出现压应力,内表面的拉应力值降低,最大拉应力的峰值区偏向近缝区.这说明相变应力对管道接头焊缝和近缝区有较大的影响.计算结果与实测结果基本一致,对焊接接头的金相组织分析也验证了计算结果.     

球罐环焊缝接头残余应力的三维非线性有限元分析

建立了球罐环焊缝焊接温度场和焊接应力应变场三维移动热源有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,应用单元生死技术模拟焊接填充过程,模拟计算出移动热源作用下的温度场,以及以温度场为基础的环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律:温度场结果表明,由于焊接的热输入和速度不同,以及热源加载体积不相等,每道焊接的最高温度均不相等。应力场的分析结果表明,在球罐内表面的焊缝及近缝区,呈现双向残余拉应力(经向和周向),而在外表面的对应区域,经向残余应力是压应力,周向残余应力为拉应力。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

钛合金大厚度试件电子束焊接残余应力有限元分析

基于热弹塑性有限元理论,建立了钛合金大厚度试件电子束移动热源的焊接残余应力三维数值分析模型,分析研究了厚度为75 mm的TC4电子束焊接试件残余应力分布规律。计算结果表明,大厚度电子束焊接试件在焊缝及其附近宽度约40 mm的范围内存在极其复杂残余应力,试件表面的焊缝及其附近20 mm左右的区域存在着对结构强度有利的横向残余压应力,但试件内部残余应力水平要高于表面的残余应力,尤其是在距起始和收尾端10mm及约1/4厚度处的区域,存在着三向的残余拉应力,且数值较高,对钛合金平板电子束焊接接头力学性能将具有重要影响,应引起足够的重视。钛合金平板电子束焊接残余应力的计算结果与实测结果基本一致。     

CAP1400核电站接管和安全端焊接变形与残余应力研究

系统研究了CAP1400核电站接管和安全端模拟件焊接变形与残余应力分布特点。接管和安全端在焊接过程中焊接变形主要集中于焊接的初始阶段,焊接1/4厚度时,变形量为3 mm左右,焊接完成后,焊缝收缩量高达4.5 mm。盲孔法测试结果表明,在整个接管和安全端焊接接头内,环向与轴向焊接残余应力均为拉应力。焊接残余应力的最大值位于安全端镍基堆焊层与对接焊缝熔合线附近,测试结果达到500 MPa。     

SA213-T92钢焊管残余应力的高温松弛行为

对SA213-T92钢焊管在600~750℃进行了不同时间的退火处理,对退火前后的残余应力进行了测定,对应力的热松弛行为进行了分析,根据高温松弛动力学曲线计算得到了松弛激活能。结果表明:退火前焊管接头表面的纵向残余应力高于横向的,两者分布规律相似,离焊缝越远,残余拉应力越小;不同温度退火后焊管接头表面的残余应力比退火前均有降低,随着退火温度的升高,残余拉应力逐渐降低;根据不同退火温度下焊缝残余应力的热松弛动力学曲线,求得蠕变等效方程中的系数B为5.07×104,应力指数n为4.4及应力松弛激活能Q为242kJ·mol-1。     

SiC/Ti55复合材料残余应力的研究

采用ANSYS有限元法计算了SiC/Ti55复合材料中的残余应力,分析了不同纤维体积分数下纤维中径向、轴向和环向残余应力的大小和分布。结果表明,径向和轴向残余压应力均随纤维体积分数的增大而减小;环向残余应力在纤维内部为压应力,表面附近为拉应力,且纤维体积分数越高,表面环向拉应力越大。     

焊接顺序对X80钢管道B型套筒熔化极活性气体保护电弧焊接残余应力的影响

基于X80钢大尺寸管道与B型套筒间熔化极活性气体保护电弧焊环焊缝的热源与本构方程,建立焊接接头的有限元模型,模拟了左右两端同时焊接、左右两端交替焊接以及左右两端先后焊接3种焊接顺序下焊接接头的残余应力分布,并通过盲孔法验证模拟结果的准确性,讨论了焊接顺序对焊接残余应力的影响规律。结果表明：焊接接头的最大残余应力均位于外壁面距盖面焊道1.8～3 mm内,不同焊接顺序下管道和套筒左右两端残余应力分布规律相近;左右两端同时焊接顺序下管道和套筒的峰值残余应力最大,均位于外壁起焊点附近;有限元模拟结果与试验结果的相对误差小于9.15%,模拟结果较准确;左右两端先后焊接顺序对最大焊接残余应力的影响程度最小。