不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟结构分析

对不锈钢凝固裂纹的驱动力邓熔池尾部应变场进行了模拟。首先,通过单元再生方案,消除了焊接构件中熔池有对熔池尾部应力应变场的影响。其次,通过加大材料的线膨胀系数,２了凝固收缩对熔池尾部应力就变场的影响,最终得到了各种条件下的焊接应力－应变场。引外,本文将机械庆变随时间变化绵关系曲线处理成机械应变随温度变化的关系曲线,从而获得了凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹的预测奠定了基础。     

断裂应变对含损伤焊接接头裂纹扩展驱动力影响的数值

利用弹塑性损伤-应变耦合有限元方法，对含有损伤的焊接接头三点弯曲裂纹试样进行了模拟计算，讨论了母材区的断裂应变εfB的变化对焊缝区裂纹的扩展驱动力J积分的影响规律。结果表明，焊缝中裂纹的断裂行为受到焊缝两侧母材断裂应变的明显影响。对于无论何种强度匹配的接头，在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下，随着母材区断裂应变的减小，损伤率的增加，损伤区的扩大，焊缝中裂纹韧带区塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高；随着接头强度匹配比M的降低(即母材屈服强度的升高)，母材区断裂应变的变化对J积分的影响作用逐渐减弱；随着焊缝宽度的逐渐增加，母材断裂应变的变化对J积分的影响作用逐渐减弱，焊接接头试样的计算J积分值逐渐趋向于全焊缝材料试样计算得到的J积分值；当焊缝宽度增加到2H／a约为0．6时，母材断裂应变的变化对焊缝区裂纹扩展驱动力J积分的影响作用完全消失。     

电热管焊接接头挤压裂纹的分析

针对电热管焊接接头挤压产生的裂纹,通过采用金相显微镜观察其金相组织并用直读光谱对原材料成分进行化学成分分析,排除了成分、焊接工艺规范等的影响。经过对挤压过程分析,发现应力集中点是产生裂纹的主要原因,并提出了改进的方法。     

16MnR钢高压除氧器焊接接头裂纹的成因

本文采用电镜，Ｘ射线衍射分析、裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ及门槛值△Ｋｔｈ试验，研究了火力发电厂１６ＭｎＲ钢高压除氧器焊接接头裂纹的形成原因，结果表明，原发裂纹为延迟裂纹，运行工况下，裂纹以应力腐蚀裂纹方式扩展。     

焊接速度与T型焊接接头固有应变的相关性

采用热弹塑性有限元方法对T型焊接接头固有应变与焊接速度之间的相关性进行研究。基于有限元软件Sysweld计算得到焊接速度为5~11 mm/s等7个方案下的横向、纵向和等效固有应变值,并绘出焊接速度与横向、纵向和等效固有应变的曲线图,再通过数值分析方法计算其线性相关系数r以验证其线性相关性。结果表明,焊接速度与T型接头横向、纵向及等效固有应变存在良好的线性相关性,且横向固有应变受焊接速度的影响最大,纵向固有应变受焊接速度的影响较小。采用最小二乘法拟合出最佳趋近直线。     

高匹配焊接接头裂纹的J积分研究

本文研究了含有纵向裂纹或缺陷的高匹配焊接接头材料不均匀性和焊缝宽度对弹塑性断裂表征参量J积分的影响规律.高匹配焊缝被理想化为含有一平行裂纹的一个硬夹层,其屈服应力高于母材.在平面应力条件下利用弹塑性有限元计算得到数值解.研究结果表明,材料不均匀性和焊缝宽度对J积分值有显著影响,特别当名义应力或名义应变较高时影响更大.因此,估算高匹配接头的裂纹推力时必须对此加以考虑.     

不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟结果分析

对不锈钢凝固裂纹的驱动力即熔池尾部应变场进行了模拟.首先,通过单元再生方案,消除了焊接构件中熔池变形对熔池尾部应力应变场的影响.其次,通过加大材料的线膨胀系数,考虑了凝固收缩对熔池尾部应力应变场的影响,最终得到了各种条件下的焊接应力 -应变场.此外,本文将机械应变随时间变化的关系曲线处理成机械应变随温度变化的关系曲线,从而获得了凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹的预测奠定了基础.     

随焊冲击碾压减小应力变形防止热裂纹应变场分析

随焊冲击碾压法(weld with Trailing Impact Rolling,WTIR)是一种降低应力、减小变形防止热裂纹的新方法。文中分析了在前后冲击碾压轮作用下,焊缝金属塑性流动和应变场的变化规律,揭示了这种方法的机理。前轮周面内凹,迫使焊缝金属由焊趾处向焊缝中心流动,对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变,减小甚至抵消致裂的拉伸应变,防止了焊接热裂纹的产生。后轮缘稍向外凸,将焊缝金属冷却产生的压缩塑性变形充分碾开,减小了工件的应力和变形。试验结果表明,随焊冲击碾压能有效地防止焊接热裂纹的产生,将试件的纵向挠曲变形与横向收缩变形量控制到常规焊接状态的1／10和1／5左右,同时能将薄壁构件焊接残余应力控制到非常低的水平,甚至由拉应力状态转变为压应力状态,验证了应变场分析的正确性。     

关于焊接接头分区不均匀裂纹体的J积分

用反例证明了分区不均匀介质中J积分的不守恒性。注意到应力应变分量的间断性,提出了J^*积分以修正J积分。进而说明了J^*积分的守恒性、物理意义及其能量率表达式的适用性。对用有限元分析分区不均匀介质时,提出了界面单元的概念和构造方法。     

海洋石油平台焊接接头大型CTOD试验

依据英国BS7448断裂韧性试验标准,对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移（CTOD）试验测试技术进行了探讨,对采用焊条电弧焊与埋弧焊工艺施焊的、板厚为2．5in(63.5mm）的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验,分别测试了－18℃两种工艺下焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性,对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论。试验表明,除两个热影响区（HAZ）试样外,其余试样均满足美国Phillips石油公司提出了最小CTOD为0．15mm的要求。试验结果为评价这种板厚焊接接头的焊后热处理规范提供了依据。     

高强结构钢材Q460C焊接接头的断裂韧性试验

对14 mm厚的焊接Q460C高强度结构钢材焊缝区及其热影响区进行不同低温下的三点弯断裂韧性的试验研究,以便获得其焊缝区及其热影响区的断裂韧性指标δm值,同时利用Boltzmann函数对结果进行了拟合分析,得到其韧脆转变温度及其随温度变化的规律,并对试件断口进行扫描电镜分析.结果表明,低温对Q460C结构钢的焊缝区和热影响区断裂韧性有明显的影响,随温度的降低,其断裂韧性也随之呈下降趋势;Q460C焊缝区韧脆转变温度约为-53.6℃,热影响区的约为-40.3℃;在温度低于-20℃时,Q460C焊缝区及热影响区的断口形貌已表现出明显的脆性特征.     

基于BP人工神经网络的高强度管线钢焊接接头性能参数CTOD预测系统

针对实际中高强度管线钢焊接工艺参数的选择主要依据试验和经验的局限性,使用VC 6.0建立了预测高强度管线钢焊接接头性能参数裂纹尖端张开位移(CTOD)的BP神经网络模型.该模型输入层节点数为4,1个隐层,节点数为14,激活函数为Sigmoid型.根据试验数据提取平均热输入、壁厚、预热温度和接头区域作为预测模型的输入量,预测结果的平均绝对误差为0.154,预测值误差在±20%以内的样本数占总样本数的93.3%.结果表明,人工神经网络方法是预测管线钢焊接接头性能参数CTOD的一种有效途径,可为管线钢焊接过程中主要工艺参数的选择和优化提供有效的手段.     

EH36钢埋弧焊接头CTOD试验中的突跃效应及评价

根据BS 74 4 8试验标准 ,在对海洋石油平台用钢EH36单、双丝埋弧焊接头的焊缝和热影响区 (HAZ)进行低温下 (- 15℃ )裂纹尖端张开位移 (CTOD)测试时 ,多个试样出现了”突跃”(F -V曲线上瞬间载荷下降、位移增加变慢 ) ,亦称”POP -IN”现象。针对这一问题 ,依据BS 74 4 8-Ⅰ中的有关评定标准 ,对存在POP -IN现象的试样进行了F-V曲线上载荷 -位移变化的测量、计算 ,并在光学显微镜 (× 10 0 0 )下观察了断裂面上脆性起裂点处的微观组织 ,从而合理取舍了焊接接头这一非均质结构中出现的POP -IN效应。     

CO32--HCO3-溶液中X80管线钢焊接接头的应力腐蚀开裂分析

采用慢应变速率试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)观察研究了国产X80管线钢焊接接头在 0.5 mol/L Na2CO3 1 mol/L NaHCO3 溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性.结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区.在所研究的电位区间,拉伸试样随着外加电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和断后伸长率增加,而断口部位的裂纹平均扩展速率减小,SCC敏感性降低.试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,焊缝试样断口主要是韧性断裂.应力腐蚀机理可以用阳极溶解理论和氢致破裂来解释.     

CO_3~(2-)-HCO_3~-溶液中X80管线钢焊接接头的应力腐蚀开裂分析

采用慢应变速率试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)观察研究了国产X80管线钢焊接接头在0.5mol/LNa2CO3 1mol/LNaHCO3溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区。在所研究的电位区间,拉伸试样随着外加电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和断后伸长率增加,而断口部位的裂纹平均扩展速率减小,SCC敏感性降低。试样断口形貌在阴极电位条件下呈准解理断裂,在自腐蚀电位和阳极电位条件下,焊缝试样断口主要是韧性断裂。应力腐蚀机理可以用阳极溶解理论和氢致破裂来解释。     

Study on fracture mechanics parameters of surface crack in overmatched weldments

In this paper, the J-integral of surface cracks in overmatched weldments with different matching ratio has been investigated using direct evaluation method. The influence of matching ratio of joints on the crack driving forces (J-i ntegral, crack mouth opening displacement CMOD) and strain distributions along the contour have been discussed in detail. The results indicate that the comprehe nsive effects of crack position and the matching ratio of welded joint dominate the distribution of strain along the contour. Moreover, the crack driving force increases with the decrease of the matching ratios in overmatched weldments.