散索鞍鞍体焊接工艺及应力检测应用

针对散索鞍鞍体焊接工艺及如何消除焊接残余应力以满足产品工艺要求进行了研究。根据该构件结构大、刚性大、质量重、焊缝残余应力分布不均匀的特点,着重对散索鞍鞍体焊接及振动时效的工艺制定,如何测量焊缝残余应力及消除焊缝残余应力进行阐述;通过分析、介绍散索鞍鞍体焊接工艺及振动时效工艺流程,总结消除散索鞍鞍体焊缝残余应力生产技术的应用成果,以达到进一步解决消除重大结构件焊接残余应力及完善振动时效工艺的目标。     

中频电磁脉冲降低焊接残余应力的研究

利用中频电磁脉冲旋转磁场可以使常见熔融类铁磁性材料焊接结构件产生的残余应力明显降低。针对焊接件焊缝处残余应力,利用X射线衍射法进行无损检测,对经旋转磁场处理前后的焊接残余应力值的变化情况进行分析,通过试验对比,得出利用中频电磁脉冲旋转磁场处理焊接残余应力的方法可行合理,能使焊接残余应力明显降低并使应力均匀化。     

压力容器中焊接残余应力的消除策略

压力容器在焊接之后,会在焊缝处产生一定的残余应力,对容器的质量会产生一定的影响,而且,根据容器焊接的具体情况的不同,焊接残余应力的大小也会有所差别,为了降低残余应力对焊接容器造成的质量影响,需要采取有效的方法消除容器焊接中产生的残余应力。     

振动时效和超声冲击在消除装载机前车架焊接残余应力中的应用

采用振动时效+超声冲击的处理工艺对装载机前车架的关键焊缝进行了消除焊接残余应力试验,得出经振动时效处理以后,焊缝处的残余应力可以降低30%~50%,而经超声冲击处理以后,焊缝中的残余应力可以100%消除,同时植入对疲劳有益的压应力,并且可以将焊趾与母材的过渡区域变得平滑,减小焊趾处的应力集中水平。在实际时,可以采用振动时效+超声波冲击的复合工艺来消除前车架中的焊接残余应力,即先用振动时效对前车架整体进行处理,整体消除焊接残余应力,然后再利用超声波冲击针对关键焊缝进行消应力处理。     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。     

厢西堡枢纽互通式立交桥钢箱梁焊接技术研究

厢西堡枢纽互通式立交桥钢箱梁为全焊接钢箱梁,结构关系复杂,焊缝较多,焊接工作量大,且桥长方向为曲线线形,所产生的焊接变形和残余应力较大。为了探索该桥钢箱梁的焊接技术,采用试验和理论研究的方法对该桥钢箱梁焊接制造的焊接材料选择、焊接工艺制定、焊接变形控制、提高抗疲劳能力、消除应力措施及焊接检验进行了分析研究,并对重点部位的焊缝提出了相应的工艺措施。     

相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试，分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响，相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力，而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力，论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围，试验证明相变温度在100～300℃范围内，焊缝金属可以获得残余压缩应力，其中在190℃左右时残余压缩应力达到最大。     

T形焊接接头温度场及力场的三维数值模拟

焊接技术的发展对于促进工业发展具有举足轻重的作用.由于焊接过程产生的局部高温及不均匀的温度场,使焊接原材料在冷却过程中收缩速度不一致,从而在焊缝周围区域产生残余应力以及形变,直接影响焊件的使用寿命,而焊接过程产生的焊接温度是影响焊件金属材料组织和机械性能的主要原因,因此,温度场的模拟研究对优化焊件结构的分析是至关重要的.利用三维有限元分析软件SYSWELD对T形接头进行焊接模拟仿真,并对焊缝冷却过程中温度场以及残余应力进行详细的分析.     

协调形变法消除小直径管道焊接应力方法的研究

由焊接残余应力带来的焊接接头应力腐蚀开裂问题，是石油化工行业广泛使用的输送管道的主要失效形式。很多情况下，改变接头的应力分布状态，是解决这一问题的有效方法。结合小直径管道的特点，文中提出一种新的消除应力方法——协调变形法，即在管道焊缝两侧压应力区制造温差，使该区产生一定的与焊缝区相协调的收缩变形。对比协调形变法消除小直径管道焊接残余应力的数值模拟结果和实验结果，分析协调形变法消除残余应力的机理。结果显示，数值模拟结果与实际情况一般都符合得较好，可以达到100％的消除应力效果(内表面轴向应力)。该方法使用简单、效果好，表明协调形变法是消除残余应力的有效方法，可以解决小直径管道由于消除应力难而产生的应力腐蚀问题。     

超声波冲击处理在消除装载机动臂焊缝残余应力中的应用

对装载机动臂中的焊缝进行消除残余应力试验,得出振动时效方法可以消除焊缝30-50%的残余应力,而采用超声波冲击的方法可以100%消除焊缝中的残余应力,并植入有益的压应力。在实际生产过程中,可以采用振动时效+超声波冲击的方法消除工件中的残余应力,即先用振动时效整体消除工件残余应力,然后再利用超声波冲击的方法对关键焊缝进行消应力处理。     

INFLUENCE OF BLADES'''' STRESS STATE ON FRANCIS TURBINE RUNNER''''S INVALIDATION

Numerical simulation on Francis turbine runner's welding temperature field and welding tress field is carried out on the base of solving the problem of welding heat source's movement along any spatial routes and the problem of heat elimination between the complicated blade and air. The evolvement law of welding stress and the distribution of the stress field after welding are obtained. The results indicate that the peak value of the welding residual stress appears on the outlet edge of blade near the contact area between blade and band or blade and crown. Associated with the distribution of the runner's working stress, the invalidation reason of the Francis turbine runner is explained.     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板残余应力与变形研究

针对铝/钢异种金属薄板焊接时容易产生残余应力与变形问题,提出采用随焊冷却氩气激冷对其进行控制。建立随焊氩气冷却激冷铝/钢异种金属熔钎焊的数值分析模型,研究不同冷却距离对残余应力和变形的控制效果,探究随焊激冷技术控制焊接变形与残余应力机理;同时,进行随焊激冷铝/钢异种金属熔钎焊试验,对焊接温度场、残余应力与变形进行测量,验证模型的准确性。结果表明,采用最优冷却距离（d=10 mm）,进行随焊冷却氩气激冷焊接试验时,纵向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别减小42.1%和74.4%,横向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别降低11.3%和14.4%,铝板和钢板外边缘焊接变形量分别减小67.9%和69.5%。随焊冷却氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接时产生的残余应力与变形。     

残余应力对构件固有频率影响的讨论

以轴焊缝存在残余应力的矩形板为例，建立其残余应力的数学模型。推出存在残余应力时四边简支矩形薄板的固有频率计算公式。从理论和实验的讨论中得出，残余应力越大，固有频率变化越大；频率阶数越高，受残余尖力影响越大等结论。     

双湿式搅拌机底部框架焊缝结构微区残余应力数值模拟

运用有限元软件ANSYS对双湿式搅拌机底部框架焊接过程进行了数值分析.采用高斯热源模型模拟手工钨极氩弧焊源,利用APDL编写循环程序实现热源的移动,得到双湿式搅拌机底部框架焊后的变形和残余应力场.从焊缝结构微区的Von Mises等效应力分布云图和节点的残余应力分布曲线可见:整个结构的焊后残余应力均为压应力,其值远小于材料的屈服强度,最大残余应力发生在沿焊缝方向上,从垂直焊缝方向的残余应力分布曲线可见,在焊缝处横向残余应力发生跳跃变化.     

Investigations on welding residual stress and distortion in a cylinder assembly by means of a 3D finite element method and experiments

In the present work, both experimental and numerical simulation methods are used to investigate the characteristics of welding distortion and residual stress distribution. A 3D thermo-mechanical Finite Element Analysis (FEA) method is used to predict the welding distortion and residual stress of cylinder-shaped multi-pass layer weldments. Each weld pass is performed using a quarter-circle balanced welding procedure. To investigate the influence of deposition sequence and welding heat input on the welding distortion and residual stress, a continuous welding procedure is also calculated. The corresponding FEA models considered a moving heat source, the deposition sequence, and temperature-dependent thermal and mechanical properties. The results predicted by 3D FEA model are generally in good agreement with the measurements. Finally, the numerical and experimental results suggest that both deposition sequence and heat input affect welding distortion and residual stress distribution. Furthermore, the 3D thermal-mechanical FEA method can predict cylinder-type welding distortion.     

Effects of initial condition of steel plate on welding deformation and residual stress due to welding

The effects of initial deflection and initial residual stress in steel plate on the out-of-plane deformation and residual stress due to welding are investigated from analysis results of thermal elastic-plastic FEM modeling with large deflection theory. Initial residual stress due to plate forming has very little effects on welding deformation and welding residual stress. For initial deflection, with concave profile (Type I), welding induced deformation has the same type as initial deflection and its magnitudes are small. When initial deflection is in the direction parallel to weld Une (Type II), welding induced deformation has minor variations. When initial deflection is bended in the direction normal to weld line (Type III), welding deformation was largely generated along the width direction of the steel plate. On the other hand, the variation in type of initial deflection does not affect the residual stress and plastic strain.     

焊接残余应力对正交接管结构强度性能的影响

运用有限元方法对正交接管结构在常规焊接和在线焊接条件下的温度场和残余应力场进行了数值模拟。考虑残余应力,对结构在内压作用下的应力及载荷应变曲线进行了分析。结果表明,在研究该结构的强度性能时,常规焊接条件下可不考虑残余应力的影响,而在线焊接残余应力对强度性能有较大的影响。     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

辅助热源影响焊接残余应力的研究

采用曲壳单元热弹性有限元法,对ＬＳＮＤ静态低应力无变形焊接控制技术中辅助热源影响焊接残余应力的规律进行了数值模拟。计算结果表明,辅助热源如与焊接热源同时冷却则对焊接残余应力的影响不大,只有焊缝冷却至低温阶段后再冷却的辅助热源才有利于降低焊接残余应力。     

机械应力消除法对焊接残余应力的影响

大直径全焊接阀体球阀制造的最后一道工序是焊接,由于采用橡胶圈密封,为防止密封圈的损坏,导致密封性能降低,焊后不能采用焊后热处理消除焊接残余应力。为了控制阀体焊接残余应力,选择机械应力消除法,建立阀体机械应力消除法的加载压力与时间的关系曲线,采用有限元分析和试验相结合的方法,研究机械应力消除法对焊接残余应力的影响。机械应力消除法前后采用盲孔法测量阀体外表面的残余应力。结果表明,采用二维轴对称有限元法可以模拟机械应力消除法过程,机械应力消除法可以降低阀体外表面轴向应力和环向应力的峰值,使残余应力分布更加均匀,可以作为焊后热处理的替代工艺。