不同异种钢管道焊接接头残余应力的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的热应力有限元计算程序,对0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20异种钢焊接接头残余应力进行了有限元模拟分析.结果表明,无论是采用奥氏体不锈钢焊条A302焊条还是镍基焊条Incone182焊条,0Cr18Ni9/20钢和1Cr5Mo/20钢焊接接头中最大的轴向残余应力和环向残余应力产生在20钢侧的热影响区,0Cr18Ni9侧有最小的焊接残余应力.采用Incone182来代替A302可以有效地降低残余应力值,提高抗应力腐蚀开裂的能力.     

马氏体/贝氏体异种耐热钢接头焊接应力数值模拟

采用热弹塑性有限元方法对马氏体耐热钢9Cr1MoVNbN(T91)与低合金贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB(G102)异种钢接头的温度场、应力场进行了数值模拟;并比较了接头在不同焊接线能量条件下的温度场、应力场。模拟计算结果表明,由于异种钢接头热物理性能的差异,其焊接温度场和应力应变场均不对称。由于T91的导热系数小于G102,加热过程中,G102侧的升温速度较快。而在冷却过程中,T91侧的温度梯度较G102侧小,而热影响区更宽。焊后T91钢一侧的应力梯度小于G102,但高应力区域比G102一侧宽。通过对模拟结果的比较分析,从降低焊接残余应力的角度出发,采用小线能量可减少接头中的拉伸残余应力。     

1千kW水轮机ZG20SiMn与ZG0Cr13Ni4Mo异种钢混流式转轮的焊接

本文通过对 ZG20SiMn 与 ZG0Cr13Ni4Mo 异种钢焊接接头分析,得出了在1千 kW水轮机混流式转轮异种钢焊接时,选用0Cr13Ni6Mo 焊条较为理想,采用预热措施,可以控制接头的冷裂倾向等结论。文中对转轮的回火工艺、组装方案及焊接工艺进行了介绍。     

0Cr13Ni4Mo及其与0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头应力腐蚀试验

本文研究了0Cr13Ni4Mo和0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头的应力腐蚀、断口和金相组织。得到了应力腐蚀破裂敏感性的数据,为工程设计提供了重要依据。     

3Cr13与1Cr18Ni9Ti异种钢高压管焊接

在分析3Cr13与1Cr18Ni9Ti各自焊接性的基础上,根据异种钢接头焊缝金属成分与组织,选择不同焊接材料进行工艺试验,依据试验结果选定A307焊条成功地焊接了异种钢接头。     

U71Mn与1Cr18Ni9Ti异种钢的角接接头焊接性试验研究

应用金相观察、力学性能测试、理论计算等手段，对1Cr18Ni9Ti不锈钢与U71Mn高碳钢，用不同焊接材料所形成的不同类型异种钢接头的组织特征、力学性能等进行了研究与分析。结果表明：采用小电流小规范焊接工艺和高Cr、高Ni的A307焊条施焊，U71Mn和1Cr18Ni9Ti异种钢焊接接头的组织和性能最优。     

10Cr9Mo1VNbN/12Cr1MoV异种钢焊接接头的蠕变损伤及界面失效

针对马氏体耐热钢 10Cr9Mo1VNbN和珠光体耐热钢 12Cr1MoV ,采用TGS -9cb、H10Cr5Mo、TR31三种焊丝形成高、中、低匹配焊接接头 ,利用脉冲电流氩弧焊、高温加速模拟工况、力学性能试验及电子显微分析 ,研究了 10Cr9Mo1VNbN/ 12Cr1MoV异种钢焊接接头的力学性能、高温强度、界面蠕变损伤及失效特征。试验结果表明 ,焊前预热 2 5 0℃ ,焊后回火 75 0℃× 1h ,加速模拟运行 5 0 0h后 ,高匹配和中匹配接头的力学性能劣化明显 ,界面蠕变损伤及失效倾向较大 ;而低匹配接头的力学性能优于高匹配和中匹配接头 ,界面蠕变损伤较轻 ,失效倾向较小。因此 ,选用TR31焊丝作为10Cr9Mo1VNbN/ 12Cr1MoV异种钢焊接接头的填充材料较为合适。     

高频冲击对0Cr18Ni9/GH4169焊接接头残余应力和性能的影响

对3 mm厚的0Cr18Ni9与GH4169试板进行氩弧焊对接焊接,之后对试板焊接接头及附近区域进行高频冲击工艺处理,采用盲孔法对焊接试板进行残余应力检测,通过拉伸和疲劳试验,对比了高频冲击工艺处理前后的0Cr18Ni9/GH4169异种钢焊接接头力学性能的变化。试验结果表明：未经高频冲击处理的试验焊接试件焊趾残余应力均为拉应力,经过高频冲击处理之后的试验焊接试件焊趾残余应力均为压应力;经过高频冲击处理之后的试验焊接试件的抗拉强度和疲劳寿命均有明显提升,但塑性基本无变化。     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

0Cr13Ni4Mo及其与0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头的K_(ISCC)、dα/dN和△K_(th)测定

本文论述了0Cr13Ni4Mo及0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头K_(ISCC)、da/dN和△K_(th)的测定,以及反应堆工作环境条件对其应力腐蚀抗力K_(ISCC)和腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响,为工程设计提供重要的依据。     

10Cr9Mo1VNbN和ZG15Cr2Mo1异种钢焊接接头性能分析

通过残余应力测试、金相组织观察、维氏硬度测试等,分析10Cr9MoVNbN和ZG15Cr2Mo1异种钢焊接接头的综合性能。结果表明:焊后残余应力分布情况非常复杂,且焊板反面存在较大的拉应力,在热处理后显著降低;热处理后,存在明显的元素迁移现象,且随温度和时间的增加变得愈加明显;并对异种钢焊接接头的维氏硬度分布特征进行分析,评价异种焊接接头的力学性能。     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

焊接顺序及热处理对T91/12Cr1MoV异质接头残余应力影响的数值分析

利用ABAQUS有限元软件,对T91/12Cr1MoV钢管道多层多道焊异质接头进行焊接残余应力有限元模拟,分析焊后热处理和两种焊接顺序对接头内残余应力的影响。结果表明,焊接接头在外壁T91侧热影响区存在最高轴向和环向拉应力。焊接各层焊道时,对比从12Cr1MoV侧向T91侧与从T91侧向12Cr1MoV侧依次焊接各焊道所获得的残余应力,后者所获得的残余应力较低,特别是在管道的外壁处尤为显著。热处理后管道焊接残余应力有所降低,但在T91侧热影响区仍存在较大的残余应力。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟;Ti（C，N）／40Cr钎焊接头残余应力数值计算;分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响;高频焊管残余应力的测量及三维有限元数值模拟;基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测;     

焊接残余应力对焊接接头蠕变性能的影响

应用大型有限元分析软件ABAQUS及其RESTART功能,建立了焊接温度场模型、残余应力场模型和蠕变分析模型.使用焊接残余应力作用下蠕变的顺次耦合有限元计算方法,对Cr5Mo加热炉炉管焊接接头残余应力和蠕变进行了数值模拟.计算方法为掌握复杂的焊接残余应力对高温炉管焊接接头的蠕变影响奠定了基础.比较了考虑焊接残余应力和仅承受内压两种工况下的炉管接头蠕变情况.结果表明,虽然焊接残余应力在短时间内松弛,但焊接残余应力决定了炉管的蠕变变形,焊接残余应力是影响炉管蠕变的重要因素.     

铝/AlSi7/钢电子束焊接接头组织与性能研究

对5A02与0Cr18Ni9不锈钢的电子束焊接进行了研究,结果表明,5A02与0Cr18Ni9不锈钢电子束焊接性较差,存在接头裂纹敏感性强,最佳工艺区间范围窄的问题.为了进一步提高接头的力学性能,需要引入中间层金属,一方面降低接头中的残余应力,另一方面通过中间层的冶金作用减少接头中的脆性组织或改善脆性相的分布情况.综合考虑异种金属焊接熔点、塑性等物理性能方面的要求,初步选择AlSi7作为铝/钢电子束焊接的中间层.对引入中间层后的接头显微组织和力学性能进行了分析,焊缝内生成连续分布的FeAl3化合物相.这些化合物相是产生裂纹的主要原因,并且显著降低接头抗拉强度.     

20/0Cr18Ni9复合管手工电弧焊工艺研究

研究了薄不锈钢内衬20／0Cr18Ni9复合管的焊接工艺和焊接接头性能。通过光学金相、能谱（EDS）成分及线扫描、扫描电镜（SEM）以及力学性能试验等分析方法对焊接接头进行了分析研究，结果表明：采用手弧焊和超低碳CHS062奥氏体不锈钢焊条焊接20／0Cr18Ni9复合管的过渡层焊缝，能保证复合管使用过程中对焊接接头强度和抗腐蚀性能的要求。     

T91／G102异种钢接头应力分布的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件，对不同情况下T91／G102异种钢接头的应力状况进行了数值模拟。计算结果表明：采用中等强度匹配的焊材有利于降低接头焊接残余应力，采用焊后热处理可以降低接头中的焊接残余应力与工作应力，高温工作载荷下接头中会发生应力松弛，但G102侧焊接热影响区仍存在拉伸应力峰值。     

异种钢管子对接焊热处理前后残余应力的数值模拟

采用热-粘弹塑性有限元模型,在考虑蠕变效应的基础上,对同种及异种钢管子环焊缝焊接及焊后热处理过程进行了数值模拟.计算结果表明,经过热处理过程后,管子焊接接头的残余应力有显著的降低,约为初始状态的1/3.在热处理后期,两种接头的残余应力均出现了一定程度的回升现象.基于在相同的计算条件下,异种钢焊接接头残余应力要高于同种钢.同时,比较了过渡层对接头残余应力的影响,发现过渡层宽度对于降低异种钢焊接接头残余应力水平有重要影响.