混流式转轮局部处理技术与局部压应力区的优化

焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能．在优化混流式转轮焊接工艺、实现转轮叶片出水边焊接接头熔合区附近易开裂区域压应力化的基础上,对局部加热及锤击处理对转轮易开裂区域的应力场分布的影响进行了数值模拟和真机试验测试分析．结果表明,采用局部加热和局部锤击的方法均可以对转轮易开裂区域的焊接残余应力场进行调控,优化转轮的局部压应力区,进一步提高转轮易开裂区域的残余压应力值,形成高压应力区,扩大压应力区范围,促进转轮易开裂区域压应力化的实现,有效的提高转轮的抗疲劳性能．     

混流式转轮焊接工艺优化与局部压应力化的实现

焊接残余拉应力的存在是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一,焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能.采用数值模拟方法对混流式转轮焊接残余应力场进行了模拟,转轮出水边焊缝区域存在较高的残余拉应力,适当减小出水边焊段长度,可有效降低残余拉应力峰值.对转轮原有及优化焊接工艺下的焊接残余应力场进行了测试分析.结果表明,通过优化分段焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控,叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低,并转化为压应力,实现了转轮易开裂区域焊接残余应力的局部压应力化,从而有效提高转轮的抗疲劳性能.     

局部锤击法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对混流式水轮机转轮在服役过程中出现裂纹的情况,在利用数值模拟技术研究局部锤击法对转轮焊接残余应力的影响的基础上,对某水电站转轮的焊接残余应力进行了研究.结果表明,普通工艺下,转轮叶片出水边附近的焊接残余拉应力的最大值出现在焊缝的熔合线附近;局部锤击法可以起到降低锤击部位的焊接残余拉应力的作用.当锤击部位的温度接近或超过材料本身的塑性温度时,叶片危险区域焊接残余应力峰值的降低效果非常明显;当锤击温度比较低时,残余应力的效果不明显.     

局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热法,并在利用平板试验得到局部加热合理位置的基础上,利用局部加热法对某水电站转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于500 mm×500 mm×16 mm的平板,局部加热法降低残余应力效果最好的位置是在距加热区域边缘约60 mm处;局部加热法可以使叶片的危险区域产生残余压应力;从降低叶片出水边附近焊接残余应力的效果来看,热处理后进行局部加热的效果要优于热处理前进行的局部加热.     

混流式转轮焊接残余应力测试新装置与新方法

混流式转轮叶片出水边焊接接头区域存在的较高残余应力是导致转轮疲劳开裂的重要原因,混流式转轮焊后及热处理后的焊接残余应力测试已经成为转轮制造过程中的必要工艺,其测试精度及效率对转轮制造质量及效率有重要影响.根据转轮的结构特点研发了新型残余应力测试装置,并根据转轮疲劳开裂的特点确定了针对混流式转轮焊接残余应力测试的新方法,实际应用试验结果表明测试所得结果能够真实反映热处理前后转轮易开裂区域的残余应力分布情况.新型测试设备及方法完全适用于混流式转轮的残余应力测试,而且具有非常高的测试精度及效率.     

局部加热冷却法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热冷却法,并利用数值模拟技术研究了局部加热冷却法对转轮残余应力场的影响,得到了叶片危险区域的残余应力在局部加热过程中的变化情况以及转轮局部加热的优化方案.结果表明,采用局部加热冷却的方法可以有效地减小叶片危险区域的残余拉应力峰值.残余应力的降低效果与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,并且焊接残余应力随加热距离的增加呈先降低后增大的趋势.     

燃气管道焊接修复残余应力的有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS的热-力耦合功能,对20钢燃气管道全补焊和局部补焊修复方式进行有限元模拟,获得了这两种修复方式焊接接头的残余应力分布情况。同时对内压与焊接残余应力共同作用下的补焊接头进行有限元分析。结果表明,采用全补焊方法修复后的燃气管道焊接接头残余应力明显小于局部补焊;而且在内压与焊接残余应力共同作用下,全补焊接头有较低的拉应力。这说明全补焊接头的承载性能更好,同时降低了燃气管道应力腐蚀开裂的可能性,适合工程应用。研究结果为优化燃气管道焊接修复工艺提供了理论基础。     

钛合金电子束焊接和局部热处理后残余应力分布特征

采用小孔法测定了14.5mm厚TC4钛合金平板电子束焊接,研究了电子束焊接和局部热处理集成加工工艺下残余应力的分布,分析了局部热处理对焊接接头残余应力分布特征的影响.结果表明,在实验条件下电子束局部热处理后纵向残余拉应力的分布区间由焊接状态下焊缝中心线两侧距焊缝中心线5mm的区域减小到2mm的区域,纵向残余拉应力峰值同焊接状态相比降低了76%,横向残余压应力峰值降低了65%.电子束局部热处理未扫描的母材区域,残余应力数值同焊接状态相比几乎没有变化.     

分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析

在利用平板试验得到分段焊的合理段长的基础上,对某水电站混流式水轮机转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于尺寸为500 mm×500 mm×16 mm的平板来说,后焊的焊段可以起到降低先焊焊段的残余应力的作用,且在到后焊部分端部为50 mm的范围内,降低效果最明显;分段焊可以降低叶片危险区域的残余拉应力峰值并产生残余压应力;当叶片出水边焊段的长度在40～90 mm的范围内,残余应力的降低效果随着叶片出水边焊段长度的增加而减小.     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

LD10薄板随焊锤击工艺的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的随焊锤击工艺进行三维模拟,为优化铝合金随焊锤击工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:由于焊接热源后的锤击作用使得作用区域的金属发生了塑性延展,从而导致工件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,随焊锤击能够减少焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,降低了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

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。     

焊接工艺对30mm厚Q690钢板焊接残余应力的影响

为了得到焊接工艺对30 mm厚Q690钢板焊后残余应力分布及大小的影响,实施了不同工艺条件下的焊接试验,并通过盲孔法对试板焊后应力进行测定,得到了不同工艺条件下的焊接残余应力。结果表明,在焊缝区,横向应力为压应力,最大为569 MPa,纵向应力为拉应力,最大为57 MPa;在热影响区,横向应力为拉应力,最大为143 MPa,纵向应力由压应力逐步变为拉应力,最大拉应力为75 MPa。焊材和焊接热输入对接头残余应力有一定影响,其中,焊接热输入增加,残余应力也逐步变大。采用"X"形坡口可以改善焊接接头残余应力分布,残余应力多为压应力,但残余压应力的存在会降低接头的局部稳定性,需进行焊后热处理,以减小其不利影响。在实际生产中优选药芯焊材和热输入为20.8 k J/cm的焊接工艺。     

大型混流式水轮机焊接残余应力分布的研究

利用ANSYS软件对大型混流式水轮机转轮进行1:1实体建模,采用分段热源模拟分析了转轮焊接过程,得出焊接残余应力分布的状况.这为合理进行结构设计和优化焊接工艺提供理论依据.     

逆焊接形成压应力层防护处理

将20g试件分别进行200、250、350和400℃的逆焊接加热处理,然后测出试件热影响区残余应力,并对逆焊接处理前后的残余应力值进行对比分析。结果表明,逆焊接处理有效地降低了焊接残余拉应力,当逆焊接处理温差足够大时可在试件表面层形成残余压应力,从而提高其抗腐蚀和抗疲劳性能。     

超声波测定摩擦焊接头残余应力

采用１５ＭＨｚ超声聚焦探头对４５号钢摩擦焊接头进行试验检测,根据有限弹性变形理论建立了超声波测定摩擦焊接头残余应力的计算模型,并计算出接头中轴向残余应力和径向残余应力的分布规律。结果表明,摩擦焊接头焊缝区和近缝区的轴向残余应力为压应力,而远离焊缝区域为拉应力;接头内径向残余应力在轴心处为压应力,随着远离轴心逐渐由拉应力变为压应力,在接头边缘区域为拉应力。试验结果还表明材料的各向异怀对超声波测定摩擦     

Q390钢多层多道焊接接头残余应力试验分析

为了深入研究Q390钢焊接性能,掌握其在不同焊接工艺条件下焊接接头残余应力分布规律,对40 mm厚Q390低合金高强度结构钢板分别采用埋孤焊和焊条电孤焊2种焊接工艺进行焊接,采用盲孔法测量了焊态下焊接试板的表面残余应力,得到了垂直于焊缝的残余应力分布曲线.结果表明:采用埋弧焊通过施加外在约束可以有效减小焊后试板变形,在焊接接头处得到压应力;经焊条电弧焊自由焊接条件下试板变形较大,在焊缝区得到拉应力,在熔合区和热影响区得到压应力.     

逆焊接处理对20g钢抗腐蚀及疲劳性能的影响

研究了逆焊接加热处理对20g钢抗应力腐蚀及抗疲劳性能的影响及机理.试验中将20g钢试件分别进行200℃和400℃的焊后加热处理,再用冷水只对焊缝处进行快速冷却,使焊接区获得比相邻区低的负温差,以调整和消除焊接残余拉应力.实验结果表明,逆焊接加热处理有效的降低了焊接残余应力,减缓了应力腐蚀速率,提高了20g钢的抗疲劳性能.     

无损测量水轮机转轮焊接残余应力

针对水轮机转轮叶片疲劳损伤问题,借助无损应力测试手段分析转轮焊后与热处理后的残余应力分布状态,评价应力测试效率与退火去应力效果。结果表明,热处理工艺可大幅削减与均化原始残余应力分布,抗疲劳性能提升显著。X射线测试技术对工件无损伤,操作简便,结果准确可靠,可大幅提高高质量大型转轮的制造效率。