套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

预热温度对Q370R球罐用钢焊接残余应力的影响

Q370R是一种低合金结构钢,广泛应用于液化气及盛装各种轻烃的球罐等设备。文中使用Ansys软件建立了40 mm厚X形坡口Q370R钢板焊条电弧焊对接焊的有限元模型,对温度和应力场进行了研究。结果表明,随着预热温度的升高,在焊接模拟过程中接头的最高温度分别为1 940,1 970和1 966℃;预热可显著降低Q370R钢厚板焊接的残余应力和改善分布状态,预热温度160℃时,Mises焊接残余应力达到较小值;与未预热试件相比,预热160℃水平路径上Mises应力可减小40%～50%,垂直路径上Mises应力可减小20%～25%。     

X80管线钢平板多层对接焊数值模拟

管线钢在实际焊接过程中多采用多层焊,其焊接过程较单层焊更为复杂。利用SYSWELD专业焊接模拟软件,对X80管线钢中厚板平板多层焊焊接温度场及应力场进行数值模拟,研究焊接速度、预热温度及层间温度对焊接温度场和熔深的影响。结果表明,随着焊接速度的增加,焊接温度场的最高温度下降,熔深减小。提高预热及层间温度对温度场无显著影响。残余应力集中在焊缝及近缝的热影响区。最大纵向残余应力出现在打底层的焊缝根部,其峰值大于横向残余应力峰值。     

X80管线钢焊接冷裂纹敏感性研究

采用BOHLER E9010G纤维素焊条进行斜Y形坡口焊接裂纹试验和最高硬度试验,结合显微组织分析和斜Y形坡口焊接裂纹试验的残余应力分析,系统研究了X80管线钢的冷裂纹敏感性。结果表明,不进行预热时,X80管线钢存在一定的冷裂纹敏感性,一定程度的预热可以有效降低其冷裂纹敏感性,且接头中等效残余应力峰值水平下降;当预热温度为150℃时,断面裂纹率最低;但当预热温度高于150℃后,粗晶区显微组织变得粗大,且焊接接头中横向残余应力峰值和等效残余应力峰值均上升,不利于降低冷裂纹敏感性。     

基于逆焊接技术的T122/P122钢环焊缝残余应力消除工艺

采用ABAQUS有限元软件生死单元技术针对逆焊接消除残余应力的工艺方法进行分析,模拟计算了T122/P122钢环焊缝的逆焊接消除焊接残余应力的工艺过程,分析了逆焊接消除残余应力的操作工艺中不同热处理温度、冷却速率、冷却范围、冷却时间对消残余应力效果的影响. 结果表明,经过逆焊接处理后,Mises残余应力及环向残余应力均明显降低,且热处理温度对残余应力的消除影响最为显著,其次是冷却时间和冷却速率. 当热处理温度为400 ℃,冷却时间为20 s时不仅可以消除焊接残余应力,还可以在处理表面形成1.3 mm厚的压应力层.     

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。     

吸附塔支撑圈结构焊接残余应力有限元分析

采用有限元分析软件Abaqus对吸附塔支撑圈结构焊接残余应力进行有限元分析,讨论了不同焊接热输入、焊后热处理温度、预热温度对焊接残余应力的影响规律。结果表明:在焊接接头角焊缝处产生了较大的纵向残余应力,这是引起疲劳失效的主要原因。焊接热输入越大,筒体外壁热影响区残余应力越大。焊后热处理能够有效降低残余应力。较高的预热温度有利于降低焊接残余应力,但预热温度也不能太高,应控制在150~200℃。为保证吸附塔支撑圈结构完整性,应综合考虑预热、焊接工艺及焊后热处理等因素,以充分降低焊接结构的残余应力。     

厚壁铸钢件多层多道补焊残余应力分布仿真

为了降低在役汽轮机汽缸补焊后的残余应力,利用ABAQUS中的生死单元技术对存在缺陷的厚壁铸钢件多层多道补焊后的残余应力分布进行了仿真计算.在保证精度条件下,采用了分段式热源模型,研究了厚壁铸钢件补焊过程的热循环曲线及三维模型的焊接残余应力分布状态,分析了不同预热温度及不同层厚对补焊区域残余应力分布的影响,得到了厚壁铸钢件补焊所需的较为合理的预热温度区间和相应的层厚层道数量匹配的焊接修复方法.     

预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响研究

目的 为了突破激光熔凝蠕墨铸铁RuT300气门座裂纹抑制技术的瓶颈,研究了预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响,从而为工程上抑制裂纹的参数优选提供支撑。方法 基于热弹塑性理论,建立了激光熔凝RuT300气门座残余应力场分析的数学物理模型,模型中考虑了预热温度、激光熔凝参数、材料性能参数的变化对残余应力的影响。结果 预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响与熔池冷却速度、峰值温度等密切相关：当预热温度在25~150 ℃时,随着预热温度的升高,冷却速度下降对激光熔凝RuT300气门座热膨胀变形引起的应力降低起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而减小;当预热温度在150~250 ℃时,随着预热温度的升高,峰值温度上升诱发的热膨胀变形加剧所引起的应力增加起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而增大。结论 预热温度的变化影响气门座的冷却速度和峰值温度,而残余应力值的变化是气门座冷却速度和峰值温度等综合影响的结果,通过合理的调控预热温度,可以使激光熔凝RuT300气门座的残余应力值降低到最低,从而减小气门座激光熔凝形成裂纹的倾向。     

16MnR斜Y型坡口焊接裂纹试验残余应力数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件对16MnR钢斜Y形坡口焊接裂纹试验的焊接温度场和应力场进行数值模拟,得到了焊接残余应力的分布规律.由于焊缝表面、中部和根部散热条件不同,造成了焊缝表面、中部和根部残余应力分布的差异.即在三维残余应力场中,纵向残余应力较大,且横向残余应力峰值出现在“直坡口侧”焊缝根部的热影响区.研究了预热温度对横向残余应力的影响规律.结果表明,随着预热温度的提高横向残余应力峰值和应力梯度降低,从而有助于减小冷裂纹倾向.     

搅拌摩擦焊工艺参数对6082-T6铝合金残余应力和变形的影响

为了研究搅拌摩擦焊工艺参数对铝合金焊接残余应力和焊接变形的影响,运用Abaqus有限元模拟软件,对5 mm厚6082-T6铝合金薄板在恒压力条件,不同主轴转速和焊接速度下的的搅拌摩擦焊进行了数值模拟计算,研究了焊接温度、残余应力和焊接变形的分布。结果表明:主轴转速一定时,焊接最高温度随着焊接速度的增大而降低;焊接速度一定时,焊接最高温度随着主轴转速的增大而升高。沿横向残余应力呈单峰状分布,峰值位于焊缝中心;沿纵向残余应力在焊缝两端有较大波动。相对于主轴转速,焊接速度的改变对残余应力影响更大。试板的整体变形趋势呈反马鞍状,沿纵向变形呈上凸状,沿横向变形呈下凹状。主轴转速一定时,焊接变形量随着焊接速度的升高而减小;焊接速度一定时,变形量随着主轴转速的升高而增大。     

不同工艺下点焊残余应力的数值分析

采用SYSWELD有限元分析软件,对超强钢电阻点焊应力场进行了模拟,分析了加热及冷却过程应力变化及分布特点,同时分析了不同工艺对焊核热影响区应力的影响。结果表明,施加电流时,焊核轴向与径向均先表现为压应力,冷却后均表现为拉应力,且在热影响区外侧达到最大值;增大电极压力,最大Mises等效残余应力呈递减趋势,随着焊接电流的增加,最大Mises等效残余应力先小幅升高后大幅降低,随通电时间的增加,最大Mises等效残余应力先降低后升高。这些变化规律可以为点焊试验参数的选择提供一定参考依据。     

AlSi10Mg粉末激光选区熔化残余应力场数值模拟

使用有限元法对AlSi10Mg激光选区熔化残余应力场进行模拟。建立有限元传热模型,将激光热源视为三维高斯体热源,实现在粉床上的移动加载,分别从材料的粉末态与实体态两种单元属性出发,考虑热物性参数和激光能量吸收率随温度变化的特性,进行间接热-应力耦合分析,重点研究激光功率、扫描速度及基板预热温度对残余应力场的影响规律。结果表明:残余应力最大值出现在基板与粉床接触位置,且y向残余应力(平行扫描方向)大于x向残余应力(垂直扫描方向);Von Mises等效应力和y向残余应力随激光功率的增大逐渐增大;随扫描速度的增大逐渐减小;随基板预热温度的升高逐渐降低。     

TA2薄壁钛管双TIG焊温度场和残余应力分布对接头组织性能的影响

针对纯钛TA2薄壁管的钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰等成形缺陷,以及焊接效率低等问题,提出采用双TIG焊接工艺,可有效提高焊接速度,改善焊缝成形的解决措施。同时采用ABAQUS对两种焊接方法建立焊接热弹塑性有限元模型,对比分析焊接温度场和焊后残余应力分布,并进一步对焊接TA2薄壁钛管进行显微组织分析及力学性能测试。试验结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头相近,双TIG焊接时焊缝中心温度低于TIG焊接,且双TIG焊缝附近Von Mises应力大于200 MPa的宽度小于TIG焊缝,焊后稳态时焊缝中心的Von Mises应力相近。双TIG焊缝中心及热影响区显微组织比TIG焊细小,两种接头的各项力学性能和耐海水腐蚀性能均满足相关标准要求。φ19 mm×0.7 mm的TA2钛管在获得良好焊缝成形的条件下,采用双TIG焊接工艺的焊接速度可达5 m/min。与TIG焊接工艺相比,生产效率大为提高,基本实现焊缝零缺陷。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律. 结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M-A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M-A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加. 建议采用100℃进行预热.     

大型电机转子焊接残余应力的数值分析

利用轴对称模型研究了大型电机转子焊接残余应力分布规律 ,探讨了单层单道焊情况下两侧同时焊接、热套、预热等工艺以及三层四道焊情况下焊接顺序对焊接残余应力的影响。研究结果表明 ,磁轭圈与辐板焊接后在焊缝及其周围区域产生较大的三向残余拉应力 ;两侧同时焊接可大大降低径向残余应力 ;热套可降低三向残余拉应力 ,热套后直接焊与热套后先冷却后焊相比效果更佳 ;预热可以降低周向残余拉应力 ;多道焊时径向残余应力主要取决于最后一层 ,尤其是最后一道焊缝 ;两侧的最后一道焊缝同时焊接可显著降低径向残余应力 ,而前面的焊道同时焊接与否并不重要。研究结果为优化生产工艺 ,降低残余应力提供了理论依据     

新型Fe-W合金应力框铸造应力模拟及变形分析

利用铸造模拟软件Pro CAST对新型Fe-W合金应力框件在3种不同浇注温度、浇注速度和砂型预热温度下进行了铸造应力场模拟,得到铸件的应力分布情况,并对模拟结果进行了分析。分析了铸件位移最大节点处的位移随浇注温度、砂型预热温度和浇注速度的变化。设计L_9(3~4)正交试验对铸件残余应力、位移和砂型预热温度、浇注速度、浇注温度的关系进行了探讨,并分别采用单因素分析法和极差分析法对模拟结果进行了分析,结果表明:砂型预热温度对残余应力和变形影响较大,砂型预热温度越高,铸件残余应力越小,变形越小;浇注温度对残余应力影响次之,对变形的影响最小,浇注温度越高残余应力越大,变形越大;浇注速度对残余应力影响最小,对变形的影响次之,浇注速度越大,残余应力越小,变形越小;浇注速度为0.6 m/s,浇注温度为1 560℃、砂型预热温度为600℃时,铸件产生的残余应力较小,浇注速度为0.7 m/s,浇注温度为1 560℃、砂型预热温度为600℃时铸件产生的位移、变形较小,可指导实际生产。     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.