低温环境下栓钉环焊缝焊接残余应力场数值模拟

为了研究低温环境对栓钉焊接残余应力分布规律的影响,通过ABAQUS建立栓钉模型进行数值模拟,考虑了5个不同的温度进行有限元热-固耦合分析。结果表明：Mises应力、径向残余应力最大值均位于焊缝附近10 mm处,随着距离的增加迅速衰减;环向残余应力在焊缝附近为残余拉应力,远离焊缝处为残余压应力,最大值位于焊缝中心;低温会提高焊接残余应力,Mises应力集中表现在焊缝中心,环向残余应力集中表现在焊缝附近,径向残余应力在焊缝中心及焊缝附近均有所增加。低温对提高焊接残余拉应力影响明显,对残余压应力影响不大。     

Monel-400合金管多道轴向焊接残余应力有限元分析

以热-弹塑性理论为基础,建立了10 mm厚Monel-400合金管多道轴向焊接残余应力的三维有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件,模拟了Monel-400合金中厚壁管纵焊对接的应力分布.结果表明,在焊缝一定距离处截面的节点应力随焊接道次的增加而不断变化;外表面节点X方向的应力为拉应力,中间节点和内表面节点应力为压应力;该截面处节点的径向和轴向应力均为压应力,中间节点压应力最大;材料冷却10 s后各方向的残余应力小于材料的屈服点应力;焊接热影响区的残余应力分布有利于减少材料的应力腐蚀,提高管道的使用寿命.     

火力发电厂主蒸汽管道异种钢焊缝开裂事故分析

某电厂1号锅炉发生主蒸汽管道泄漏,管道泄漏部位为炉顶主蒸汽对空排气门法兰与主蒸汽联箱中间焊缝位置,经对管道焊缝及母材的无损检测、理化分析和管道系统的支吊架检查,确认本次泄漏主要原因为主蒸汽管道支吊架设置不合理造成应力集中且主蒸汽管道对空排气门使用频次过高,导致主蒸汽管道的焊接接头受循环应力作用,在长周期循环应力的作用下焊接接头在熔合区出现疲劳裂纹,裂纹又经过扩展导致此次管道泄漏.本文从主蒸汽管道支吊架设置不合理引起焊管道集中,分析焊接接头开裂原因,并针对此类管道焊缝无损检测工艺提供了相应措施.     

钢结构对接焊缝数值模拟及参数分析

基于ANSYS有限元软件采用了双椭球热源模型、CO₂气体保护焊的焊接工艺,通过生死单元法模拟热源移动,建立了桥梁钢结构的焊接有限元模型,进行了对接焊缝的数值模拟分析,并与实验结果进行对比验证了模拟的可靠性。在此基础上研究了对接焊缝在坡口形状、X型坡口多层焊的焊接顺序、焊接速度、焊件厚度、焊接坡口角度、焊枪的施焊方向等不同因素下残余应力的变化情况。结果表明：相比于其他坡口的焊接,X型坡口焊接残余应力较小,多层焊情况时,X型坡口采用对称焊更有利;板厚、焊速的增加,坡口角度的减少及采用分中对称焊方法都能减少焊接残余应力的产生。     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

钢结构对接焊缝隐性损伤的磁记忆检测试验研究

通过施加拉伸及弯曲荷载,分析了未焊透缺陷及无缺陷的对接焊缝钢构件的磁记忆信号.发现漏磁场强度与外应力存在一定的对应关系,磁场强度随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小,在应力集中区磁记忆曲线出现波峰或波谷.进入塑性阶段以后磁记忆曲线产生巨大突变,磁场强度突变时刻可用于判断焊缝试件即将破坏的临界状态,梯度峰值可用于表征未焊透缺陷试件的应力集中程度.     

管土接触作用下直埋管道小折角优化分析

针对单焊缝小角度折角在供热管网中的广泛应用,提出双折角结构、双折角中间加厚和双折角双侧加厚结构形式,通过有限元方法对不同管件结构形式,开展不同折角角度和加厚壁厚下的局部应力和最大应力的模拟计算,获得最优管件结构及相关参数.研究结果表明,加厚折角焊缝两侧部分管段壁厚的方法可以有效降低折角焊缝处的应力集中,使DN800管径10°折角角度时焊缝处的最大应力值从520 MPa降低到240MPa,同时将应力集中区域从改变角度处转移到改变厚度处,在应力集中的数值大小和区域范围上均有效保护了折角管道,为处理直埋管道施工过程中出现的小角度折角找到了一种可行的折角安装管件.     

管道清管器工作时对管道焊缝的影响

针对清管器在工作过程中会出现撞裂或撞断管道焊缝的情况,按照某型皮碗式清管器建立了三维模型,采用有限元分析方法对清管器在清管过程中管道焊缝的应力进行了计算,并重点考虑管道焊缝出现错位时的情况,得到各工况下管道焊缝应力的分布情况.根据计算结果,给出了驱动压力和焊缝错位的最大允许值,可为现场施工时驱动力的调节和控制管道焊缝质量提供参考.     

基于Simufact的链轮激光焊接仿真

运用Simufact-Welding软件对链轮和凸缘采用激光焊接仿真,在其他参数相同的情况下,分析了两种焊接速度下焊缝处的热循环,以及链轮和凸缘的总变形和等效应力.仿真结果表明:焊接速度为13 mm/s时,焊缝处采样点的最高温度为2 831℃,焊件的总变形小于1.82 mm,焊件的等效应力小于450 MPa.焊接速度为13.2 mm/s时,焊缝处该采样点的最高温度为1 455℃,焊件的总变形小于1.03 mm,焊件的等效应力小于400 MPa.     

钢结构厚板焊接残余应力有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件对厚钢板对接焊、T型焊进行模拟分析,得出焊缝截面处横向与纵向残余应力的大小和分布,与实测结果基本吻合。从而总结出2种不同焊接形式残余应力的分布规律,以便设计人员在进行焊缝设计时对残余应力进行估算。     

焊接工字梁应力集中的有限元分析

应力集中对焊接钢桥的疲劳寿命影响非常显著.为了研究焊接结构几何上的差异对焊趾应力集中系数的影响,通过有限元方法模拟结构的细部受力状态,计算出细部的应力集中系数,并分析了结构几何参数对应力集中系数的影响.对桥梁常用的工字形钢梁的横隔板与主梁翼板连接处的焊缝进行了细部有限元分析.结果表明:细部有限元网格尺寸不能取得过大,否则会影响应力集中系数的计算精度;底板厚度和横隔板厚度对焊趾应力集中系数的影响不大;焊脚长度和焊趾过渡圆弧半径对应力集中系数均有影响.     

管桁结构K型搭接节点滞回性能有限元数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行钢结构设计规范GB50017-2003对此部分焊接未作明确要求.为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,在试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件中的三维四节点弹塑性壳单元shell181建立有限元模型,对管桁结构K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行了数值模拟,得到了2种不同焊接方式下的K型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在两腹杆的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小点;ANSYS有限元结果与试验数据的吻合度较好,说明相贯节点的滞回性能的试验通过有限元模拟分析是可行的.     

含裂纹缺陷X80钢的有限元分析与安全评价

X80钢是控轧控冷的低碳合金钢,具有良好的强韧性,在油气运输管线中广泛应用。近几年因焊接裂纹引发的失效事故多发,焊接接头服役安全问题备受关注,有关含裂纹缺陷X80钢焊接接头的安全评价意义重大。文中利用有限元模拟计算X80钢焊接接头在不同应力状态时的同一载荷下,裂纹位于不同位置和不同强度匹配下的断裂参量。结果表明,无论接头处于平面应力还是平面应变状态,高匹配还是低匹配,在同一载荷下,当裂纹位于热影响区HAZ(Heat affected zone)和熔合线时的J积分值比母材和焊缝的都大,且熔合线处的J积分最大,接头最危险。     

内载荷作用下焊接“T”型管强度实验研究

针对石油工业广泛采用的手工焊接“T”型管进行了在承受静内载荷作用下结点应力分布测量.同时,对实验件进行了强度极限考核,并对考核后的试件进行了扫描电镜分析.本文给出了在承受静内载荷作用下“T”型管结点应力分布及最大应力集中位置.实验表明,最大应力集中点在管结点肩部和服部的焊缝附近(而不在焊缝上),强度极限考核给出了最大承载极限,通过解剖和扫描电镜分析找出导致疲劳破坏的隐患.为了便于实际应用,给出了适合于本文研究试件类型的工程计算方法.     

螺旋焊与对接焊的有限元模拟

采用有限元软件ANSYS中生死单元技术对螺旋焊和对接焊焊接过程进行数值模拟,得出两种焊缝焊接残余应力、退火应力、退火温度场的分布规律及大小,为该类焊接工艺的改进及焊接结构的变形控制提供有益的帮助.     

长输管道全自动焊接工艺技术研究

为满足中亚天然气管道C线工程对管道焊接质量的要求,本文以中亚天然气管道C线工程为例,采用CRC内焊机打底+CRC P260外焊机热焊+CRC P600双焊枪焊接系统填充盖面的工艺方法,对X80钢进行了焊接工艺实验,并对焊接接头的力学性能和宏观金相进行了评定。实验结果表明,采用CRC管道全自动焊系统焊接的焊缝,外观整齐、均匀,无任何分解裂纹、未焊透、烧穿等缺陷,焊缝有咬边现象,但均未超标,符合API1104—2005标准,选定的焊接工艺完全能够满足现场自动焊施工的技术要求。该工艺已应用于中亚天然气管道C线工程,并取得了良好的焊接效果。     

钢桥面板—纵肋双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子

双面焊有望改善顶板—纵肋焊接构造细节的疲劳抗力,而初始焊接缺陷是影响该类构造细节疲劳性能的关键因素。基于断裂力学理论,采用FRANC3D-ABAQUS交互技术建立了含初始裂纹的钢桥面板多尺度有限元模型,研究顶板—纵肋连接焊缝疲劳裂纹应力强度因子。分析了焊缝熔透率、顶板厚度、初始裂纹形状比等对双面焊缝疲劳裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明：钢桥面板—纵肋连接焊缝细节处疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型疲劳裂纹;双面焊缝顶板焊根处疲劳裂纹应力强度因子最大值比单面焊缝小64.3%,改善了顶板—纵肋焊缝的疲劳性能;焊缝熔透率对顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子影响较小;加厚顶板显著降低了顶板—纵肋双面焊接细节疲劳裂纹应力强度因子;随着初始裂纹形状比增大,裂纹应力强度因子减小。     

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能研究

栓焊并用连接节点在钢结构加固工程中具有很好的应用前景,但螺栓连接与焊接连接的刚度和延性的差异,使得栓焊并用连接受力性能复杂,其承载能力并不是螺栓连接与焊接的简单叠加。进行了高强度螺栓摩擦型连接与侧端部角焊缝并用连接试件承载性能的试验研究,得到了摩擦型高强度螺栓连接与角焊缝焊接的并用连接试件的承载力与螺栓和焊缝承载力的关系,分析了栓焊并用连接节点的承载性能。结果表明,高强度螺栓摩擦型连接与侧焊缝焊接连接在一定的强度范围内可以很好地共同工作。根据试验结果提出了栓焊并用连接节点的设计建议。     

随焊冲击碾压控制平面封闭焊缝残余变形研究

随焊冲击碾压是一种控制平面封闭焊缝残余应力变形及防止热裂纹的新方法,它通过2个冲击碾压轮迫使焊缝金属沿着一定的方向严生塑性变形流动,达到减小应力变形防止热裂纹的产生．试验结果证明随焊冲击碾压试件表面平整光滑,没有热裂纹．在一定的范围内,试件的最大残余变形量与气锤压力之间有一定的对应关系;在合适的气锤压力下,随焊冲击碾压法可以将薄壁构件平面封闭焊缝引起的残余变形降低到常规焊接状态的1／12以下．由于随焊冲击碾压能够将焊缝外侧周向压应力降低到结构的临界失稳压应力以下,因而减小了薄壁构件失稳变形,同时还减小了由焊缝收缩引起的焊接变形．     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。