奥氏体不锈钢焊接残余应力的数值模拟与测定

奥氏体不锈钢因其低导热性和大膨胀系数,会导致较高的焊接残余应力。由于通常情况下奥氏体不锈钢不作焊后热处理,探究其焊接残余应力对设计制造及后续安全评定有着重要意义。使用有限元数值模拟、X射线衍射法、应力释放法三中方法针对奥氏体不锈钢焊接残余应力分布展开研究,并比较了三中方法的特点和适用情况,分析了实验值和模拟计算结果之间产生差异的原因,并认为304奥氏体不锈钢的最大焊接残余应力接近甚至超过材料的非比例延伸强度。     

过载法消除矩形压力蒸汽灭菌器焊接残余应力的数值分析

灭菌器的内腔通常由奥氏体不锈钢焊接而成,焊接残余应力与腐蚀介质共同作用,具有较高的应力腐蚀倾向,降低残余应力可减轻应力腐蚀。采用SYSWELD软件对奥氏体不锈钢矩形压力蒸汽灭菌器进行包括对接焊、搭接焊、T型焊三种焊接方式的数值模拟,得到焊后残余应力的分布;将焊接模拟结果导入到NASTRAN软件中,对灭菌器夹套和内壁进行加压卸载模拟,得到加压卸载后残余应力的分布。分析其残余应力变化规律,结果表明:过载法能有效改善矩形蒸汽灭菌器残余应力的分布情况;316L更容易通过加压卸载方法消除残余应力。     

强化应力及预强化处理对平板焊接残余应力的影响

根据06Cr19Ni10奥氏体不锈钢材料的室温拉伸试验结果,采用ANSYS有限元软件对不同屈服强度下平板焊接过程及焊后强化过程进行了数值模拟分析。结果表明,焊后强化并不能完全消除焊接残余应力,但可以显著改善焊接残余应力的分布;对不同强化工艺下平板的焊接残余应力进行比较,指出对材料进行预强化处理更有利于改善焊接残余应力。模拟分析结果可为应变强化工艺参数筛选提供一定的参考。     

SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40 mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的“热-弹-塑性有限元”计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的“热-弹-塑性有限元方法”的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。     

喷丸三维残余应力场的有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了在相同喷丸强度下玻璃丸和钢丸两种类型弹丸喷射所产生的残余应力场。模拟过程中,分析了线性减缩积分单元的沙漏参数、材料的应变硬化率、喷丸覆盖率以及初始残余拉应力等因素对304不锈钢靶材残余应力分布的影响。从计算结果可以看出,钢丸喷丸产生的残余压应力层较深,但在高覆盖率时,玻璃喷丸产生的残余压应力的平均值比钢丸喷丸处理后产生的大。在有初始残余拉应力(250 Mpa)存在的情况下,两种类型的喷丸处理均能使304不锈钢靶材表面形成残余压应力层,这说明喷丸工艺可以提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力。本研究成果为进一步探讨喷丸强化不锈钢焊接头抗应力腐蚀性能的机理奠定了基础。     

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。     

304L奥氏体不锈钢的焊接残余应力热处理去除试验研究

对某低温压力容器用304L钢,焊后去应力退火后焊接组织与性能的影响进行了试验。结果表明,该低温压力容器焊接接头残余应力去除的最佳热处理温度取570℃较为适宜,在该热处理温度下,焊缝金属组织结构基本无变化,焊缝冲击韧度仍维持较高值,并且热处理后焊缝心部的应力得到较充分的释放,残余应力消除约40%。     

奥氏体不锈钢电子束单面焊双面成形焊接技术

对奥氏体不锈钢电子束单面焊双面成形焊接技术进行研究,通过焊接试验,获得电子束焊缝全部焊透,背面无明显焊瘤,成形良好的奥氏体不锈钢电子束单面焊双面成形焊接工艺参数.     

快速无裂纹焊接法

英国焊接协会提出了一种气体保护钨极弧焊与激光束结合的生产工艺,可以在奥氏体不锈钢上进行无裂纹焊接,并且比普通的焊法速度要快得多。试验是在316、316L、304型不锈钢上,利用高速焊接进行,研究者们发现,利用钨极惰性气体保护焊,当速度接近每分钟35英时时,开始产生裂纹;而激光光束焊接,速度可达每分种157英时。     

尺寸因素对SUS304不锈钢残余应力和焊接变形的影响

采用数值模拟和试验手段相结合的方法研究尺寸因素对SUS304不锈钢对接接头残余应力和焊接变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元法来模拟板厚为4 mm的SUS304对接接头的温度场、应力场和焊接变形。分别采用小孔法和三坐标测量仪测量接头的残余应力和面外变形。通过数值模拟结果与试验结果比较可知,基于大变形理论的计算结果与试验结果吻合良好,验证了该计算方法的有效性。通过数值模拟方法研究长宽比对SUS304对接接头残余应力和变形的影响,结果表明,随着长宽比的增加,面外变形和横向残余应力明显增大,而长宽比对纵向残余应力的影响较小。此外,采用数值模拟方法研究焊缝余高对SUS304对接接头变形的影响,结果表明,余高对焊接变形模式有显著影响,不考虑余高的变形模式为凸-凹型,而考虑余高的变形模式为凹-凸型。     

随焊冲击旋转挤压控制LD10薄板件焊接变形和热裂纹的研究

LD10铝合金薄板在焊接过程中易产生焊接热裂纹,焊后薄板件易产生较大的焊接变形。采用冲击旋转挤压头对焊缝及相邻区域施加一定频率的冲击旋转挤压作用,使焊缝及近缝区产生塑性延展;对LD10常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的焊接残余变形与焊接残余应力进行测量,对比分析了常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的拉伸试验、维氏硬度、断口分析和金相组织,明确了随焊冲击旋转挤压工艺对焊接件组织及性能的影响。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压处理后,工件的残余应力被降低到较低水平,随焊冲击旋转挤压工艺起到控制焊接残余应力和变形的作用,并且抑制了焊接热裂纹的产生。     

焊接残余应力对超声波冲击处理焊接接头疲劳性能的影响

采用含高值焊接残余应力的非承载纵向角接接头进行了Q235B钢焊态与超声波冲击态的疲劳对比试验,研究了焊接残余应力对超声冲击处理焊接接接头疲劳性能的影响规律。结果表明:焊接残余应力对超声波冲击处理后焊接接头疲劳性能的影响较小。使用不含高值焊接残余应力的小试件来评估超声波冲击处理对相同接头形式及板厚的大型焊接结构疲劳性能的改善程度可能是偏于安全的。     

光纤激光焊接ANSI304不锈锅中厚板工艺参数研究

随着海工装备和核电工业的发展,对不锈钢厚板的焊接要求越来越高。采用正交试验方法对6mm厚的ANSI304不锈钢进行光纤激光拼焊,研究了工艺参数（包括激光功率、焊接速度和离焦量）变化对304不锈钢（0Crl9Ni9）焊接结果的影响,结合激光深熔焊原理对试验结果进行了理论分析,并对焊接试件进行了拉伸试验,检测了焊接试件的拉伸性能,获得了6mm厚’ANSI304不锈钢激光焊接的最佳工艺参数。     

光纤激光焊接ANSI304不锈钢中厚板工艺参数研究

随着海工装备和核电工业的发展,对不锈钢厚板的焊接要求越来越高.采用正交试验方法对6mm厚的ANSI 304不锈钢进行光纤激光拼焊,研究了工艺参数(包括激光功率、焊接速度和离焦量)变化对304不锈钢(0Cr19Ni9)焊接结果的影响,结合激光深熔焊原理对试验结果进行了理论分析,并对焊接试件进行了拉伸试验,检测了焊接试件的拉伸性能,获得了6mm厚ANSI 304不锈钢激光焊接的最佳工艺参数.     

低温离子渗碳对304不锈钢耐磨性影响的研究

为了提高奥氏体不锈钢零件的使用寿命,扩大其使用范围,本文以304不锈钢为研究对象,通过试验方案的设计,采用了低温离子渗碳方法,在不同条件下进行试验,主要对其显微硬度和摩擦性能进行对比分析。结果表明,在一定条件下,低温离子渗碳后,由于奥氏体不锈钢中有过饱和的碳原子渗入,引起奥氏体晶格发生畸变,产生残余应力,使得304不锈钢表面硬度及耐磨性均明显改善,提高了其使用寿命,也说明了渗碳温度显著影响不锈钢的性能。     

钢-铝异种合金脉冲激光焊焊缝表征分析

采用Nd:YAG激光焊对304不锈钢和5052铝合金进行异种金属焊接,分别以峰值功率、焊接速度、离焦量和脉冲频率等工艺参数设计24组工艺试验,并对比分析未熔合、熔合和焊穿3种焊缝表面表征。运用激光点位移传感器测量焊缝高度,探索焊缝高度随激光功率等工艺参数的变化趋势,得出钢-铝焊缝3种表面形貌的工艺参数区间。分析结果表明,焊缝的表面形貌是由激光单点能量、离焦量和脉冲频率等因素共同决定,焊缝高度与峰值功率、焊接速度、离焦量和脉冲频率等工艺参数有一定的变化规律。     

乙丙橡胶装置裂纹分析与防治技术

对乙丙橡胶装置管线、换热器等部位出现的裂纹的性质及成因进行了试验分析。管线和设备由304奥氏体不锈钢或2205,2507双相不锈钢制作。金相、断口、能谱等试验结果表明,上述裂纹属于氯离子引发的应力腐蚀开裂(SCC)。其原因是介质中含有较多难于消除的氯化物,并含有水或水蒸气;运行温度70~200℃(引发SCC敏感的温度范围);焊接热和焊接残余应力、加工残余应力。探讨了防止乙丙橡胶装置氯化物SCC的技术途径:尽量控制介质中氯离子含量;相关设备选用铁素体类结构钢(如20#),2507双相不锈钢或高镍合金(如C2000)制作;控制焊接和成形加工应力。     

低温超导磁体液氦杜瓦用304不锈钢TIG焊工艺研究

304不锈钢具有较高的塑性,低温韧性和优良的焊接性,其焊接结构被广泛应用于包括超导磁体低温杜瓦在内的压力容器中。文中在介绍304不锈钢理化性能和焊接性的基础上,结合焊接工艺试验,分析了304不锈钢TIG焊的工艺特点,为实际焊接结构选择了合理的焊接工艺;最后讨论了304不锈钢的一些常见焊接问题及防治措施。     

用爆炸法消除焊接残余应力的试验研究

一、前言构件在不均匀的弹塑性变形过程中,不可避免地要产生内应力——残余应力(或称残留应力)。由于构件的熔化焊接是在局部加热、不均匀冷却的工况下进行的,因而必然会产生焊接残余应力,其值一般高达材料的屈服极限。由于残余应力的存在,致使焊件抗脆断、抗疲劳、抗应力腐蚀等能力大大降抵。这往往是导致焊件破坏的主要原因。     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织及耐腐蚀性能

采用同步送粉填充焊的方法,利用Nd:YAG固体脉冲激光对0.1mm+0.8mm+0.1mm不锈钢复合板进行了双面焊双面成形的实验研究。确定了激光焊接双面超薄不锈钢复合板的最佳工艺参数,利用金相显微镜观察分析了焊缝区各区的微观组织特征。结果表明,双面超薄不锈钢复合板填充粉末后激光焊接接头表面成形好,热影响区窄,焊接变形小;焊缝中心为细小的等轴晶,熔合线附近有细晶区,其他区域为柱状晶区,焊缝为残余奥氏体+马氏体+碳化物组织;在硫酸-硫酸铜腐蚀溶液中腐蚀16h后,焊缝表面与腐蚀前没有明显变化,对试板进行180°弯曲试验,未产生晶间腐蚀裂纹。