固态相变对2.25Cr1Mo钢多道焊组织及残余应力的影响

基于Abaqus及其子程序，提出了考虑包括奥氏体相变、贝氏体相变和马氏体相变在内的固态相变的2.25Cr1Mo钢焊接模拟方法。模拟考虑了固态相变产生的相变潜热、体积变化和屈服强度改变，对2.25Cr1Mo钢平板多道焊模型的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了计算，并研究了其规律。研究结果表明：相变潜热使得焊后贝氏体生成量增多，马氏体生成量减少。相变导致的屈服强度改变使得焊后残余应力大幅下降，相变导致的体积变化减小了焊缝内部残余应力。     

马氏体相变对9%Cr热强钢管道多道焊接头残余应力演化的影响

使用有限元软件Abaqus计算了考虑马氏体相变影响时9%Cr钢管道多道接头中的应力演化过程,并分析了马氏体相变在应力演化中的作用。结果表明,在管道纵截面上,环向和轴向残余应力的分布相似,但环向残余应力较大。环向和轴向残余压应力的最大值均出现在末道焊缝及热影响区,残余拉应力的最大值则出现在管道中部的焊缝及热影响区,而管道内壁附近的残余应力较低。在末道焊缝附近,发生在较低温度下的马氏体相变不仅抵消了焊缝和热影响区热收缩所形成的拉应力,并且形成了显著的压应力,但马氏体相变并没有消除次表层焊缝显著的残余拉应力。末道焊道对多道焊接头残余应力的影响最大,其原因是马氏体相变虽然在先焊焊缝中形成了很高的压应力,但后续焊道的焊接热循环会显著降低该压应力,使最终结果表现为马氏体相变只显著地降低了末道焊缝及其热影响区内的拉应力,并形成了显著的压应力。马氏体相变对管道外壁附近残余应力的影响较大,而对管道内壁附近残余应力的影响较小。     

层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力的影响

使用有限元法研究了不同层间温度(IPT)时,在9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力演化中马氏体相变作用的差异,揭示了层间温度对残余应力作用的机理。结果表明,提高层间温度可以显著降低接头内的残余拉应力,特别是管道中部区域焊缝(WM)内的残余拉应力降低明显。其机理主要有2方面:一是提高层间温度可保留较高含量的奥氏体,屈服强度低的奥氏体在冷却时积累的残余拉应力较低;二是高的层间温度阻止了马氏体相变在每道焊道焊完后立即进行,从而避免了马氏体相变降低拉应力的效果被后焊焊道的焊接热循环所消除和在随后焊道的焊接热循环中重新积累较大的拉应力。层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊残余应力分布的影响取决于热收缩和马氏体相变的综合作用,当层间温度较低(低于马氏体转变终了温度Mf)时,热收缩占主导作用,此时接头的大部分区域以残余拉应力为主,只在末道焊道焊缝及其热影响区(HAZ)内形成较大的压应力;当层间温度较高(高于马氏体转变开始温度Ms)时,马氏体相变占主导作用,此时接头以残余压应力为主。     

焊接工艺对Inconel 718镍铬基合金管结构环焊缝残余应力和变形影响的有限元分析

采用等离子柬焊(PBW)和钨极惰性气体保护焊(TIG)方法对大口径镍铬合金石油管道环焊缝进行打底焊接,采用数值模拟方法分析了两种打底焊接工艺下,焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,根据两种焊接工艺的热源特点,选用不同的热源模型进行计算;同时考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.结果表明,采用PBW能够得到深而窄的焊缝截面,残余应力和残余变形都比TIG打底焊缝小.     

镍铬基合金管结构GTAW打底焊接变形和残余应力的有限元预测

采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)方法对大口径Inconel 718镍铬合金管结构进行打底焊接,采用数值模拟方法预测了焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,考虑了材料热物理性能参数随温度变化的非线性关系,同时也考虑了相变潜热对温度变化的影响.结果表明,最大焊接残余变形为0.236681mm,主要分布于焊缝及其邻近区域;残余应力主要以轴向残余拉应力为主,在0°和90°位置,最大值分别为468.5和307.9 MPa;在180°和270°位置,最大值分别为152.9和58.2 MPa.     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

考虑相变诱导塑性的埋弧堆焊过程数值模拟方法研究

目的 通过数值计算预测埋弧堆焊修复失效轧辊工艺过程中相变塑性应力、组织相变对堆焊效果的影响.方法 利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)方法计算了堆焊材料温变物性参数,基于COMSOL多物理场耦合平台,对轧辊埋弧堆焊过程的瞬态温度场、马氏体相成分及相变诱导塑性(TRIP)应力演变过程进行了数值计算.结果 轧辊堆焊过程的温度场分布、马氏体相变均对传热速率影响敏感.靠近基体一侧的焊缝,相比于堆焊层其传热更快,导致马氏体相变更加迅速,其相变塑性应力值呈更大的宽带分布.冷却过程中因马氏体相变使焊缝热影响区的应力值缓慢下降,焊件完全冷却后的残余应力最大值为376 MPa,马氏体相占比为94％.采用Zeiss-?igma HD场发射扫描电镜观察了轧辊堆焊切片金相组织,验证了模型的准确性.结论 该数值模拟方法能准确预测轧辊埋弧堆焊过程中塑性应力变化及组织演变规律,为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法,且为预防轧辊堆焊层开裂等缺陷提供了一定的理论基础.     

固态相变对P91钢激光对接接头残余应力的影响

基于SYSWELD软件,模拟了P91钢激光对接焊时的温度场和焊接残余应力,并探讨了固态相变产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响. 数值模拟结果表明,体积膨胀和屈服强度变化对焊接残余应力的大小与分布有显著的影响; 相变塑性在相变过程中有"应力松弛"效应,对焊缝和热影响区的纵向和横向残余应力的值有一定程度的影响. 对比数值模拟结果与试验结果可知,采用文中建立的有限元模型计算得到的残余应力与中子法测量得到的结果基本吻合,在考虑相变塑性的情况下,计算结果与实测值吻合更好.     

大型管板结构焊接残余应力的预测与消除

基于有限元软件MSC.Marc开发了2D轴对称热-弹-塑性有限元模型,用于预测其大型管板结构多层多道焊的焊接温度场和残余应力。之后以此焊接残余应力为初始条件,利用所开发的模型,研究了焊后热处理对焊接残余应力的消除情况;同时研究了在热处理过程的保温阶段是否考虑蠕变对焊后热处理后残余应力消除情况的影响。结果表明,该大型管板结构的焊缝及热影响区附近存在较大的焊接残余应力;通过焊后热处理工艺,可以显著地降低焊接产生的高拉伸应力,但对于焊接压缩应力的影响较小;以环向应力为例,在考虑蠕变的情况下,可以使高拉伸应力的峰值降低86%,而在不考虑蠕变的情况下,只能降低60%;焊接残余应力的释放主要发生在升温阶段,而在降温阶段应力有所升高;在考虑蠕变时,保温阶段焊接残余应力得到一定的释放,在不考虑蠕变时,保温阶段应力保持不变。     

水下湿法多层焊接头显微组织和应力分析

采用美国BROCO水下焊条对16mm厚的Q345钢板分别进行陆上和水下湿法焊接试验,分析陆上和水下焊接接头的显微组织和接头硬度分布,计算焊接过程的温度场分布和残余应力场分布,并研究焊接电流对温度场和残余应力场的影响。结果表明,相同的电流条件下,水下焊接接头的显微组织类型和构成与陆上焊接接头不同,焊缝可以获得更细的侧板条铁素体组织和针状铁素体,粗晶区组织主要为高硬度的马氏体;增加水下焊接电流,焊缝中侧板条铁素体增加。计算结果表明,170 A电流的水下焊接相比陆上焊接可获得较低的焊接温度、更快的焊后冷却速度和更高的等效残余应力峰值水平;水下焊接电流增加到190A时,焊接最高温度有所升高,焊后冷却速度略有降低,等效残余应力峰值水平下降。     

相变潜热对铍材激光钎焊熔池内流场和温度场动态行为的影响

为了能够反映固液相变过程中潜热等对熔池动态行为的影响,基于旋转高斯体热源与高斯面热源相结合的混合热源模型,分析了相变潜热对焊接熔池温度场和熔池形状的影响.计算结果表明,在铍材激光钎焊过程的温度场和流场分析中,潜热的影响不是总可以忽略的,其误差取决于材料在物相转变时交界面温差的范围及材料熔解体积的大小.与不考虑相变潜热的情况相比较,考虑相变潜热时显示出较低的最高温度、较小的熔池范围和较窄的热影响区.通过对铍材焊接温度场、焊缝断面形状模拟结果与实际热循环曲线以及焊接接头形状的对比,表明,考虑潜热的计算模型会得出更精确的结果.     

低温相变焊接材料对CLAM钢接头焊缝组织和残余应力的影响

利用自制低温相变(LTT)焊丝和ER90S-G普通耐热钢焊丝对未来热核聚变堆用CLAM钢进行了MAG对接焊试验,焊后分别对接头焊缝金属的马氏体转变温度、显微组织和接头表面横向残余应力进行了研究。结果表明,低温相变焊缝金属的Ms点为237℃,Mf点在室温以下,相变过程的线性膨胀量为0.43%;ER90S-G焊缝金属的Ms点为519℃,Mf点为400℃;低温相变焊缝由板条马氏体和少量残余奥氏体组成,ER90S-G焊缝由粗大的针状马氏体组成;低温相变接头焊缝区表面主要为残余压缩应力,最大为-158.6 MPa,焊趾处为-90.3 MPa,ER90S-G接头表面焊缝区主要为残余拉伸应力,最大为283.2 MPa,焊趾处为106.9 MPa。低温相变材料能有效降低CLAM钢接头残余拉伸应力,改善接头性能。     

残余应力和变形在Q345D钢CO2气体保护焊接接头中的分布

基于有限元分析软件,采用数值模拟方法分析了Q345D低合金高强钢T型接头双面焊接残余应力和变形的分布.数值分析时,选择双椭球焊接热源模型,考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响,重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.研究结果可为同类素材的实际焊接提供理论借鉴.     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

激光重熔低温相变合金喷焊层的组织与性能

采用等离子喷焊法,在Q235上熔敷自制的低温相变合金粉末,并进行激光重熔处理,研究了激光重熔处理对等离子喷焊层组织和性能的影响。结果表明:等离子喷焊层的组织均为马氏体和少量残余奥氏体,相变温度在200℃～室温,相变获得了约0.5%的膨胀应变,产生残余压缩应力,最大为-189 MPa;激光重熔处理可有效修复等离子喷焊层表面未熔颗粒、孔洞等缺陷,细化组织,促进马氏体相变,增大残余压缩应力,最大可达到-383.3 MPa。和基体材料相比较,等离子喷焊层的硬度增加约2.6倍,耐磨性能提高49.92倍;激光重熔后的硬度增加约3倍,耐磨性能提高约63.19倍。降低马氏体相变温度,可使熔敷金属获得残余压缩应力,提高了熔敷金属的硬度和耐磨性。     

P91钢多层多道同质补焊残余应力的数值模拟

基于热弹塑性力学理论,建立考虑固态相变的P91钢多层多道同质补焊残余应力的三维有限元模型。采用双椭球热源模型描述焊条电弧焊的热流密度分布。基于所建模型,通过SYSWELD有限元分析软件对P91钢多层多道补焊的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了模拟计算,研究其分布特征。研究结果表明,固态相变能够使得横向应力在末道焊缝处表现为较为明显的压应力,压应力数值为-93 MPa。纵向应力在近表面表现拉应力、压应力交错分布的特征,末道焊缝的纵向压应力数值较大,应力值为-155 MPa。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

Cr-Mo钢管子局部焊后热处理加热宽度准则的确定

采用粘弹塑性有限元方法从应力释放角度讨论了Cr-Mo钢局部热处理下各种优化加热条件.研究表明,局部热处理过程产生的瞬态和残余应力受蠕变性能和温度关系弹性模量等因素的影响.当加热宽度足够大时,局部热处理后的应力与炉中热处理的应力接近.通过与现有标准的比较,从应力释放角度位于焊缝中心5√Rt的加热宽度较为合理.提出了考虑焊接冷却过程Cr-Mo低温膨胀现象的相变模型.给出了焊接残余应力与局部焊后热处理应力的试验结果与模拟结果的对比.     

仪表板横梁管件焊接残余应力的预测

运用有限元方法,对汽车仪表板横梁薄板结构焊接时采用断续焊的温度场及残余应力场进行了热-弹塑性数值模拟。选取局部模型并对模型进行简化,采用焊缝热影响区网格细化技术,笔者较为精确地计算出了温度场及残余应力场的分布。基于在实际焊接过程中对温度场的测定,并以此为热源载荷导入模型进行热-结构耦合计算。研究了断续焊对温度场及残余应力场的影响因素。结果表明:断续焊对母材有循环加热作用,且后焊焊缝热影响区的残余应力比先焊焊缝热影响区的大,焊接残余应力最大值出现在焊缝收弧端根部与大管母材的交界处。     

Ti-Ni-Nb宽滞后形状记忆合金的应力诱发马氏体相变行为

用在（Ms＋30℃）温度下的拉伸实验和差示扫描量热仪（DSC）较系统地研究了Ti44Ni47Nb9宽滞后形状记忆合金应力诱发马氏体的相变行为。研究结果表明：当形变量达到14％左右时，应力诱发马氏体相变过程基本完成。应力诱发马氏体的逆相变温度间隔要比热诱发马氏体约小一个数量级。形变对该合金应力诱发马氏体的逆转变开始温度、逆转变温度间隔以及相变潜热均有明显影响，随着拉伸变形量的增加而增加。而在随后的冷却循环中，相变潜热和马氏体相变开始温度均随着形变的增加缓慢降低。