X70管道环焊缝接头残余应力数值模拟

管线钢X70在西气东输和中亚管道工程中得到了广泛使用,是未来管道建设的主流钢种.针对X70,根据试验确定管道环缝焊接过程的热源模型,并利用数值模拟软件Sysweld计算焊接热循环过程,确定焊接接头温度和应力的变化过程及其分布,以及焊后残余应力的大小和分布.试验表明,计算的焊后残余应力与实测值完全一致.     

焊接温度场和残余应力的数值模拟

在ANSYS环境下,建立可行的三维焊接温度场、应力的动态模拟分析方法,为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、应力场的分析提供了参考,并使有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中得到了很好的应用。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

X80管道环缝焊接残余应力数值模拟

利用ABAQUS软件对直径1 016 mm的X80天然气管道进行单层单道、4层4道与6层6道环缝的焊接模拟,研究管道的壁厚一定时,随焊接层数的变化,管道内、外表面轴向和环向焊接残余应力的变化趋势;随后对管道进行焊后热处理的模拟,考察经过热处理工艺后的残余应力变化规律。研究结果表明,当焊接层数增加时,环焊缝截面高应力区域的焊接残余应力大小整体下降;管道内、外表面的环向应力分布规律整体表现为由拉应力变为压应力,与4层、6层焊接不同,单层焊接管道外表面的轴向应力始终为压应力;热处理后,外表面的轴向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为51.5%。内表面的环向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为65.1%。     

薄板焊接残余应力和变形的数值模拟

运用ABAQUS有限元分析软件,结合子程序对腹板和翼板厚度均为2mm的T型薄板进行焊接及焊后热处理的温度场和残余应力场的数值模拟.模型采用三维实体单元,利用间接耦合方法,并且考虑了材料热、力物理性能随温度的变化和对流散热的影响.针对薄板TIG焊的特点,采用移动双椭球热源模型进行模拟.计算结果表明,采用移动双椭球热源模型进行模拟时,其应力分布特征与理论的残余应力分布一致.此外,经过热处理后,其应力均有很明显的降低.     

环肋圆柱壳结构焊接残余应力和变形的数值模拟

运用有限元软件ANSYS的APDL语言,对耐压圆柱壳结构的焊接残余应力和变形编制计算程序,运用生死单元技术,对结构进行焊接热应力分析,得到环肋圆柱壳结构的焊接残余应力分布和焊接残余变形.计算结果表明,轴向焊接残余应力在结构肋骨附近呈双峰形态,以及残余变形在焊缝处(肋骨所在位置)最为剧烈,焊接轴向残余应力总体上来说比较小...     

球罐焊接残余应力数值模拟分析

利用有限元法动态模拟球罐环焊缝以及平板的焊接过程,分析了球罐焊接过程温度场的变化状况和焊接残余应力分布规律.结果表明,焊接热影响区范围很小,球罐环焊缝焊接残余应力是经向和径向坐标的函数,纬向焊接残余应力大于经向应力,两向应力的最大值均处在热影响区内,最大应力值超出了材料的屈服极限,是产生裂纹缺陷的原因之一等.用X射线衍射的方法测试了平板焊接接头的焊后残余应力,并将测试结果与有限元模拟计算结果比对,验证了模拟计算方法的可靠性和计算结果的正确性.     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

焊接残余应力的简化数值模拟技术

本文应用有限元对三维点热源的平板焊接过程进行了数值模拟,并与相应的试验进行了对比,证实了预报技术的可靠性;同时针对三维模拟过程复杂、计算时间冗长、计算费用较高的缺点,给出了以线型热源代替点热源的简化数值方法。从而使三维问题转化为二维问题,大大节省了计算时间。     

数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算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,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

升船机卷筒轮毂焊接残余应力数值模拟

焊接后钢材焊接残余应力的变化易导致其结构产生变形,为了提高升船机卷筒轮毂的焊接质量,文中对焊接残余应力展开数值模拟分析。在确定卷筒轮毂的物理参数和焊接工艺后,利用Ansys有限元软件构建卷筒轮毂有限元模型,确定模型的单元数量后划分网格。然后利用有限元软件计算轮毂温度场及焊接残余应力。数值模拟结果显示：升船机卷筒轮毂焊缝及热影响区的温度在861～1 561℃之间,该数值模拟结果接近实际测量结果;在x方向上,轮毂的焊接残余应力主要在焊缝与热影响区分布,峰值应力为491 MPa;在y方向上,焊接残余应力峰值为265 MPa,越靠近焊缝,焊接残余应力越大;焊接退热后,卷筒轮毂焊缝及热影响区的焊接残余应力上升,撤除约束会释放焊接残余应力,同时导致升船机卷筒轮毂产生少量变形,但不会导致升船机卷筒轮毂产生裂纹。     

P91管道焊接残余应力数值模拟

Cr-Mo耐热钢最常见的问题是发生于焊接接头热影响区的Ⅳ型裂纹引起的失效,焊接残余应力水平起着重要的作用。本文基于大型有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的焊接应力计算程序,对P91钢焊接接头的残余应力场进行了模拟。研究结果表明:轴向和径向残余应力均呈拉应力状态;焊接残余应力最大值集中在靠近母材的热影响区附近,并且焊接残余应力集中部位与Ⅳ型裂纹的发生位置相一致。     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

P92钢管焊接温度场和残余应力数值模拟

基于ANSYS大型有限元分析软件,建立了合适的有限元模型,对SA335-P92钢管的焊接残余应力进行了模拟,并将残余应力模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明,在焊接态下,焊缝区域周向残余应力呈拉应力状态,拉应力最大值出现在热影响区,焊缝轴向应力呈压应力状态,往两侧靠近母材的热影响区应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随着距离焊缝中心距离的增加,残余应力水平均逐渐降低;热处理态下,焊缝区域周向残余应力分布规律与焊接态相似,焊缝轴向应力则由焊接态时的压应力变为拉应力,两侧热影响区由拉应力变为压应力,应力水平均较焊接态时明显降低;残余应力分布模拟值与实测值分布规律基本吻合,数值上略有差异,所建立的模型能较为准确的模拟焊后残余应力分布规律。     

管道结构环焊缝焊接残余应力的计算与测量

由于管道结构的残余应力与焊接热源、焊接顺序、焊接接头形式、材料性能等多种因素有关， 采用数值计算往往很困难， 管道结构环焊缝所引起的焊接残余应力一直为焊接结构设计人员所关心。为了研究焊接残余应力对管道结构断裂的影响， 计算并实测了管道环焊缝多层 （三层） 焊的残余应力， 分析了焊缝强度匹配对计算结果的影响， 其结果对指导实际生产具有一定的参考价值。     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

EGR冷却器焊接残余应力的数值模拟分析

利用有限元分析方法模拟了某型号板翅式EGR冷却器的焊接残余应力场,并从残余应力的角度对该型号EGR冷却器在性能试验中发生泄露的原因进行了分析。模拟结果显示,板翅式EGR冷却器焊接残余拉应力峰值出现在扁管R角处的管板接头中,与该型号EGR冷却器发生失效的部位一致。通过优化焊缝的焊接顺序可以显著降低EGR冷却器上焊接残余拉应力的峰值。     

双相不锈钢海管焊接残余应力的数值模拟

海底管线是一种海洋工程常用的装置,是开发利用海底油气资源,开发海上采油事业的重要设施。本文利用ANSYS有限元模拟软件对SAF2205双相不锈钢管道环焊缝进行了焊接温度场和残余应力场的模拟仿真。计算过程中考虑了温度对材料相变和热物理特性的影响,采用生死单元技术模拟焊接材料的逐步填充过程,得到了焊接残余应力的分布规律。     

基于SYSWELD复合管焊接残余应力的数值模拟

采用双椭球热源分布模型,基于SYSWELD软件平台,建立了双金属复合管对接焊接头的三维有限元分析模型,获得了焊接接头的瞬态应力以及残余应力分布特征,重点分析了复合管内壁、焊缝中心线以及熔合线上的应力随焊接过程的变化。结果表明:内壁很安全,可能产生开裂的地方仅限于焊缝处;焊缝中心线处第1层焊缝的等效残余应力较大,容易产生开裂;前3道焊缝熔合区线残余应力值很高,变化幅度很小,是焊接接头的薄弱环节。