焊接顺序对混流式水轮机转轮焊接应力的影响

在解决叶片与上冠或下环之间的热传导问题以及焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题的基础上,对混流式水轮机转轮焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。结果表明,叶片焊后残余拉应力场出现在焊缝及其附近区域,并且应力峰值出现在焊缝区域的叶片出水边处。同时,不同焊接顺序的转轮残余拉应力峰值的对比表明,焊缝两侧金属在焊接过程中填充的越均匀,残余拉应力的峰值越小。     

等离子喷焊熔覆层的磁记忆应力评价*

运用金属磁记忆检测技术对等离子喷焊熔覆层进行应力评价。对标准等离子喷焊熔覆层试样进行静载拉伸试验,检测不同拉伸应力下熔覆层表面的磁记忆信号法向分量H_p(y)和切向分量H_p(x),分析H_p(y)梯度值K及H_p(x)均值H_p(x)_avg随拉伸应力的变化。结果表明：在弹性阶段,H_p(y)曲线随着拉伸应力的增大逆时针旋转,K值随着拉伸应力的增大呈指数增加;同时H_p(x)_avg随着拉伸应力的增大而线性增加。在塑性阶段,H_p(y)曲线随着拉伸应力的继续增大而顺时针旋转且K值减小;同时H_p(x)_avg随着拉伸应力的增大而线性减小。基于等离子喷焊熔覆层微观组织和磁机械效应探讨了熔覆层应力的磁记忆评价机理。     

外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响

针对新近发展起来的降低钢铁工件中残余应力的脉冲磁处理方法作用规律较为复杂的现状,研究了磁处理降残余应力效果的外磁场方向这一关键因素。通过盲孔法在16Mn焊接应力试样上进行残余应力的研究,研究脉冲磁处理前后试样中的残余应力分布,并对不同外磁场方向导致的磁处理效果进行对比。试验结果表明,在其他处理参数相同的情形下,不同的外磁场方向可导致不同的磁处理效果：磁场沿最大主应力方向进行处理,残余应力变化不明显;而磁场与最大主应力方向垂直进行处理,可获得较为明显的残余应力降低效果。采用电阻应变片研究不同外磁场方向引起试样中的磁致伸缩,获得不同外磁场方向作用下试样中磁致伸缩的不同特征,分析认为,这与脉冲磁处理效果的方向敏感性密切相关。     

磁脉冲改变残余应力方法中磁致振动所起作用

通过磁场改变材料的力学性能是一种新型处理材料的方式,其中公认的益处是通过磁处理可以减少材料的残余应力。通过测量发现,由于磁致振动所引起的应力应变状态始终处于弹性范围内变化,由此推断磁致振动难以成为应力大幅度变化的主要因素。又通过研究相应磁致振动所引起的残余应力变化规律,发现磁致振动的振幅与残余应力下降之间并不存在简单的单调对应关系,进一步支持了在磁致振动以外应有更为主要的决定因素影响残余应力变化的推论。     

磁处理对低碳钢焊接残余应力作用规律的试验研究

采用正交试验设计的方法系统研究了磁处理对低碳钢焊接试样中残余应力分布的影响,应力测量选用小孔法在20钢焊接试样上进行,比较残余应力在处理前后的变化。试验中考虑三个因素,即磁场方向、磁场强度和处理时间对处理效果的影响。对残余应力的测量结果采用概率统计的方法进行检验,排除了试验误差的干扰,并从中抽取特征量进行正交试验的极差分析。试验和分析结果表明,磁场方向和处理时间是影响磁处理效果的关键因素,并可从中分析得到改变试样中应力分布的最佳处理条件。     

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。     

疲劳载荷作用下应力集中部位金属的磁记忆现象

研究了含有缺口的18CrNi4A渗碳钢试样在疲劳载荷作用下的磁记忆现象。结果表明:在应力集中部位磁记忆信号Hp(y)变化明显,且随循环加载次数的增加呈现规律性变化;在试验过程中,当循环加载到一定次数后,Hp(y)曲线过零点,在随后循环中零点的位置变化很小,直到试样产生裂纹、断裂;磁记忆检测对18CrNi4A渗碳钢构件的疲劳损伤具有较准确的判断能力。     

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。     

垫板导热能力对钛合金薄板焊接残余应力的影响

针对钛合金TC4薄板钨极氩弧焊(GTAW)分别在试件背面衬以铜垫板与覆盖石棉的垫板两种情况下所焊的对接试件,采用切条应力释放法测量了其中纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布,比较研究了不同导热能力的垫板对钛合金薄板焊接残余应力及纵向残余塑性应变的影响。测量结果表明:钛合金GTAW焊接过程中垫板不仅提供了对焊缝背面的保护,也影响了焊接纵向残余应力与纵向残余塑性应变的分布与大小。不同导热能力的垫板控制应力与变形的效果不同。铜垫板控制应力与变形的效果好于覆盖石棉的垫板。     

钛合金薄板带热沉GTAW焊的应力场

采用数值模拟和试验相结合的方法，比较钛合金常规钨极氩弧焊(CTAW)及带热沉的钨极氩弧焊，即动态控制低应力无变形(DC-LSND，dynamically controlled low stress no-distortion)GTAW焊接过程中应力场的形态与发展历史。DC-LSND焊接过程中，热沉的急冷收缩对热沉作用部位与熔池之间已凝固但仍处于高温状态的金属产生很强的拉伸作用，使焊缝中拉伸塑性变形增大，近缝区压缩塑性变形相应减小，从而导致焊缝与近缝区不协调应变减小，残余应力降低。与常规焊最大残余拉应力位于焊缝中心不同，在所选用的焊接条件下，DC-LSND焊最大残余拉应力位于近缝区，残余应力分布形态发生改变。     

TECHNOLOGY OF QUANTITATIVE ANALYSIS ON VIBRATORY STRESS RELIEF BASED ON ULTRASONIC TIME-OF-ARRIVAL METHOD

0 INTRODUCTIONVibratory stress relief (VSR) is a technology to eliminate theresidual stress of workpieces with the method of applying thevibration of certain frequency on them. In practice, VSR not onlyconsumes less energy but also rectifies the welding d…     

缓冲层对硬质合金环与钢体钎焊接头残余应力的影响

采用有限元软件对硬质合金圆环与钢基体钎焊接头残余应力的分布状态进行模拟,研究缓冲层对接头残余应力的影响,结果表明, 在钎缝与硬质合金一侧接触面上残余应力最大,在接触面上靠近中心侧区域为最危险区域.通过添加缓冲层,可以大大缓解焊后的残余应力,且缓冲层的厚度存在最佳值.经试验验证,计算结果与试验基本一致.     

厚板窄间隙多道埋弧焊温度和残余应力分布

通过有限元数值模拟的方法,分析厚板窄间隙埋弧焊的温度分布,同时给出了厚板上、下表面和厚度方向上的残余应力分布曲线.通过热电偶构成的温度测量系统测得试板特定点上的温度分布,且在焊接完成冷却一段时间后利用盲孔法测量了试板上、下表面特定点上残余应力大小.有限元计算结果和试验测量结果吻合较好,证明了该有限元模型的合理性,为评价焊接接头性能提供了参考.特别是,在厚度方向上不便测量的残余应力分布曲线可以通过有限元数值模拟的方法获得,为实际考查厚板内部残余应力分布提供依据.对于两者结果有较大偏差的地方,分析该偏差出现的原因.     

磨料喷射喷嘴的应力分析及FGM模型设计

分析表明磨料喷射加工中喷嘴承受的应力在喷嘴入口最大、出口次之、中间区域相对较小。试验显示喷嘴的冲蚀磨损在喷嘴入口最严重、出口次之、中间区域相对较小。试验结果与应力分析结果一致,得出磨料喷射加工中喷嘴入口、出口处承受的高拉应力是造成其冲蚀磨损严重的主要原因的结论。针对提高均质陶瓷材料喷嘴抗冲蚀磨损能力的力度有限,提出运用梯度功能材料(Function gradient material,FGM)理论于喷嘴材料的设计和制造中,研发新型非均质的陶瓷喷嘴材料,将梯度功能陶瓷喷嘴制备中产生的残余压应力引入喷嘴入口、出口,使其减缓磨料喷射加工中喷嘴承受的拉应力,以提高喷嘴抗冲蚀磨损能力。结合喷嘴的冲蚀磨损特点、结构特点及陶瓷喷嘴材料制备工艺性等,建立了梯度陶瓷喷嘴物理模型和成分分布模型。根据本模型设计结果,研制出梯度 SiC／(W,Ti)C陶瓷喷嘴。结果表明,相同条件下制各的梯度SiC／(W,Ti)C陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损能力高于非梯度 SiC／(W,Ti)C陶瓷喷嘴。     

硅微构件的弹性模量和残余内应力的测试

叙述了利用硅悬臂梁和两端固定梁微构件进行硅微薄膜材料的弹性模量和残余内应力的测试方法。本方法利用简单的光学装置,通过测量悬臂梁和两端固定梁的一阶谐振频率,分别求弹性模量和残余内应力。本方法测量系统简单,试样制作方便。本试验获得（100）面<110>方向单晶硅微薄膜的弹性模量为128GPa,残余内应力为74.7MPa.     

板材粘性介质压力成形粘性附着力影响因素试验研究

针对粘性介质压力成形过程是粘性介质与板材耦合的变形过程,不易确定板材在粘着应力作用下变形行为的情况,自行设计了粘性附着力拉伸试验装置,将粘着应力作为板材拉伸力,直接测量粘着应力对板材变形的作用。采用聚甲基乙烯基聚合物作为成形传力介质,初步研究了粘性附着力拉伸过程板材受到的粘性介质粘性附着力对板材变形的影响以及粘性附着力的影响因素。试验结果表明,增大板材表面压力差、提高粘性介质流动速度及提高粘性介质压力有利于提高粘性附着力的作用。研究结果可为合理利用粘性附着应力作用,提高板材成形性提供理论基础。     

摩擦焊接头残余应力与形变组织的超声特性

通过超声水浸聚焦透射法对摩擦焊接头的无损检测试验,研究了摩擦焊接头残余应力与形变组织对超声信号的不同影响规律。研究结果表明残余应力对超声信号的低频分量产生明显衰减,改变超声频谱谐波系数的大小;而形变组织对超声信号的高频分量有较大作用,并主要影响谐波系数的变化规律。     

不同过程参数对搅拌摩擦焊接中材料流动以及残余应力分布的影响

通过有限元法建立了搅拌摩擦焊接的二维模型,并研究了不同工艺参数下搅拌摩擦焊接过程中材料的流动以及残余应力的分布。在搅拌摩擦焊接过程中,切向流动构成了材料流动的主要形式,并且材料流动最为剧烈的区域发生在后退侧。在材料的切向流动中,材料的流动方向不是单一的,可能会形成漩涡。搅拌头平移速度和转速的增加,都能使材料在后退侧的流动变得更为剧烈,但是在材料流动速度较小的区域,参数的改变对材料流动的影响很小。纵向残余应力的最大值始终发生在热影响区的边界,并且纵向残余应力在靠近焊缝中心线的附近一般为正值,而在靠近焊接构件边界的地方,残余应力则表现为负值。纵向残余应力的最大值随着搅拌头平移速度的增加而有所增加,但是搅拌头转速的变化对纵向残余应力的分布影响不大。     

Investigation of bending creep tests. Part I: Effect of residual stress

Bending creep test (based on overhang beam geometry) is investigated by incorporating the important contribution of residual stress. Finite element simulations considering the residual stress is employed to investigate the residual stress behavior of bending creep specimen. We propose several methods to determine the creep parameters directly from the bending creep tests. We considered two cases of residual stress, one is tensile residual stress. The other is compressive residual stress. The present work may shed some light on the influences during bending creep, as well as provide an efficient way to determine material residual stress characteristics.     

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.