焊接残余应力计算、测试与调控的研究进展

随着全球能源结构调整及能源利用效率的提高,石化、核电等承压设备日益朝着大型化方向发展,焊接作为一种传统连接工艺,依然是大型承压设备制造的关键技术.然而,焊接不可避免带来残余应力,是引发应力腐蚀、疲劳、断裂等失效的主要原因之一,对承压设备结构完整性及安全服役产生重要影响.因此,有效调控焊接残余应力是保障大型承压设备结构完整性的关键.而焊接残余应力作为一种"看不见、摸不着"的天生缺陷,其精准的计算方法和可靠的测试手段亦是实现其科学有效调控的基础.基于国内外研究成果以及笔者研究团队的研究工作,系统总结了近半个世纪以来在焊接残余应力计算、测试及调控等方面所取得的研究进展,分析工艺、材料与结构仿真三位一体的焊接残余应力集成计算方法研究现状,详细梳理各类焊接残余应力测试方法,总结其优缺点,而后对残余应力调控方法进行分类阐述,重点阐述了最近新出现的残余应力调控方法,并展望发展趋势.     

高强钢T形接头焊接残余应力的数值模拟

焊接过程中不均匀的温度场及局部塑性应变导致了残余应力的产生,从而影响焊接结构的疲劳强度及承载能力.应用ABAQUS的焊接子程序DFLUX,结合单元“生死”技术对高强钢焊接流程进行数值分析.获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,计算出焊接温度场及残余应力的分布,绘制出焊接残余应力分布曲线,为优化焊接工艺,控制焊接残余应力提供理论依据.     

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。     

焊接残余应力引起铣削加工变形的研究

焊接过程会产生残余应力,铣削加工后焊接残余应力释放和重新分布对铣削变形产生很大影响.为了研究残余应力释放和重新分布规律,采用有限元方法以最小焊接残余应力作为初始应力对铣削加工进行了数值模拟,获得了焊接试验件铣削加工残余应力和变形,并对焊接残余应力释放和重新分布以及加工变形进行了分析.     

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。     

双平板封头结构的焊接残余应力有限元模拟

双平板封头结构最常见的问题是面板与工艺接管焊接部位开裂引起泄漏,而焊接残余应力是重要的影响因素之一。基于ANSYS软件中的APDL语言、单元生死技术以及热-结构间接耦合法对双平板封头结构焊接温度场、应力场进行了数值模拟,获得了焊接残余应力的大小与分布规律。计算结果表明：在焊缝区环向应力水平较高,易诱使焊缝开裂失效;在焊缝附近区域产生了较大压应力,主要是由于焊缝区材料受热向外膨胀而产生。模拟结果为焊接残余应力评定、控制焊接残余应力提供了理论依据,并对提高双平板封头结构的可靠性和安全性具有重要意义。     

焊接残余应力对焊接结构的影响

阐述了焊接残余应力产生的原因及其影响因素,分析了焊接残余应力对焊接结构的影响,同时,就如何有效消除焊接残余应力进行了深入的探讨,为焊接残余应力提供了参考依据.     

无应力制造技术

从无应力制造技术角度出发,概述了残余应力的来源及其对机械构件性能产生的影响,分析了研究残余应力分布状态检测和调控技术对于保障生产、稳定产品质量、延长产品寿命等方面具有的重要理论和现实意义。根据残余应力的不同检测方法和调控方法,给出了无应力制造技术的定义、作用和意义,以及机械构件残余应力的图形符号表示方法,包括残余应力梯度、分布均匀度和二维分布的表示符号。最后给出了无应力制造技术体系的构成和相互之间的逻辑关系,展望了无应力制造技术的未来发展方向和对机械加工和制造领域的促进作用。     

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。     

DAO分离器纵缝应力腐蚀裂纹的分析与预防

厚壁容器在组装、预热、焊接和热处理过程中如有不当就会产生较大的残余应力,当具备应力腐蚀3个基本条件时容易产生应力腐蚀裂纹。通过对产生的裂纹机理、容器使用条件、磁粉检测和金相检查结果的分析,提出裂纹的处理方法及预防措施。     

钢结构焊接残余应力及变形控制分析

在钢结构行业中,焊接作为至关重要的应用技术,其应用的范围非常广泛,具有许多显著的优势,但是也具有一定的缺陷,钢结构焊接的残余应力和焊接中出现的变形问题。在钢结构焊接作业中,如果出现钢材结构的温度不均匀,就会导致钢材结构出现许多焊接残余应力,从而造成焊接的钢结构产生变形以及开裂问题,影响了钢结构焊接施工质量。本文主要针对钢结构焊接作业中残余应力产生的原因进行了深入分析,并对残余应力的影响展开了探讨,并提出了控制钢结构残余应力和变形的方法。     

水下潜器结构的焊接残余应力研究现状

水下潜器结构在焊接过程中会产生残余应力,对水下潜器结构的安全性能带来一定的影响。然而焊接过程是一个极为复杂的过程,它是综合了热学、力学和冶金学等多门学科,要准确预测焊接过程出现的残余应力存在很大的技术难度,这也是许多国家亟待突破的技术难点之一。文章从焊接焊缝和厚板焊接两个方面论述了水下潜器结构的焊接残余应力研究现状。     

316 L/SA516爆炸复合板残余应力的试验研究

爆炸焊接技术是一种高能率的加工技术,在工业实践中得到了广泛应用。爆炸焊接过程产生的残余应力对结构的强度、稳定性有重要的影响。所以需要研究得到合理的残余应力范围,并寻求预测、控制和调整残余应力。采用钻孔法对316L/SA516爆炸复合板残余应力进行试验研究,介绍了钻孔法测残余应力的基本原理、试验准备以及试验过程的注意事项。钻孔法测量试件的残余应力主要分析了爆炸态残余应力、正火态残余应力和爆炸态厚度方向的残余应力。测量结果的发展规律大体和实际一致。     

机械应力消除法对焊接残余应力的影响核心探究

焊接技术在我国工业生产中具有广泛的应用,由于焊接工艺的质量会对工业产品的质量以及生产安全等产生很大影响,因此,各行各业对焊接结构的性能、焊接质量的要求越来越严格。在焊接的过程中,很容易产生焊接残余应力,这个应力会对焊接工艺质量造成很大影响,因此必须予以消除。针对焊接过程中产生的残余应力,本文介绍了利用机械应力进行消除的方法,实验证明,机械应力消除法对焊接残余应力具有消除作用,可以用于实际生产。     

探讨减少压力容器焊接应力的相关方法

研究证明,焊制的压力容器的焊接区存在着极大的残余应力。该残余应力的峰值大小和分布状态会直接对压力容器产生不良影响。所以,本文笔者探讨了减少压力容器焊接残余应力的方法．希望能提高压力容器的制造质量。     

超声波消除铝合金焊接件残余应力的机理研究

介绍了残余应力的产生、影响及铸统消除焊接残余应力的方法和原理,并从宏观（应力应变）和微观（位错理论）两个方面阐述了利用超声波消除焊接残余应力的机理;利用盲孔法对铝合金焊接板残余应力消除前后进行了测量,其消除效果可达到38．7％,并采用金相分析的方法对焊缝组织进行了位错分析,证明经过超声处理后在焊缝组织中晶体产生位错滑移并细化了晶粒达到应力释放的目的,从而进一步证实了该方法的有效性.     

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。     

超声冲击消除残余应力频率参数的确定

建立模拟焊接过程的三维有限元模型,得到了焊接残余应力的应力场分布,通过对此焊接残余应力场的分布进行研究,可以对焊接结构的质量和使用性能进行预测。应用ANSYS的模态分析功能,得到了模型的固有频率,在固有频率下进行超声冲击消除残余应力会得到较好的效果,并验证了输入频率大于固有频率时,超声冲击消除残余应力的效果与在固有频率下冲击的效果差别不大。     

焊接残余应力的试验研究

工程中很多机械结构都采用焊接技术连接,然而焊接后焊缝附近会产生残余应力,削弱被连接件强度.利用应变电测技术,采用钻孔和超声冲击相结合的方法,对自制锰钢钢板焊接件焊缝附近多个测点的残余应力进行试验研究,得出超声前后测点三个方向的应变变化值,计算得出测点主应力变化情况,再利用第三强度理论得出等效应力进行分析.试验结果表明,利用钻孔和超声冲击相结合的方法,可以大幅度削减焊缝附近的焊接残余应力的峰值,进一步验证了钻孔及超声冲击相结合在工程上应用的可行性,为工程实践及研究性实验教学的开展积累了经验.     

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。