颚式破碎机机架焊接残余应力有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS,对实验用小型颚式破碎机的机架进行焊接残余应力数值模拟分析。采用轴对称模型,选择双椭球热源,考虑材料热物理性能与温度的非线性关系,运用生死单元法模拟多道焊的焊接过程,探讨了预热和焊后热处理对焊接残余应力的影响。分析表明,对破碎机机架进行预热后,残余应力减小了14.66%,经过焊后热处理,残余应力减小了45.11%。     

焊前预热对康复器械用铝合金焊接残余应力的影响

运用Abaqus有限元软件对康复器械用6061-T6薄板的MIG对接焊进行模拟,通过盲孔法测量实际焊接试样残余应力。研究了不同预热焊接工艺对铝合金焊接残余应力的影响。室温下的实验结果与模拟结果吻合良好,验证了计算模型的正确性。模拟结果表明,焊前预热能够明显减小焊缝附近的纵向残余应力,对横向残余应力影响较小;预热温度越高,残余应力消除效果越好;预热后采用降低热输入的焊接工艺的消除残余应力效果要好于预热后增加焊接速度的焊接工艺。     

船用5083铝合金焊后热处理的有限元计算

5083铝合金焊接结构广泛应用于船舶领域,尤其是高速船舶以及相应配套设施。然而因其线胀系数较大往往导致较大的焊接残余应力,增大热裂纹倾向,影响焊接结构强度。为减小5083铝合金焊接残余应力,本文采用了焊后热处理工艺。应用有限元分析软件Marc建立了5083铝合金平板对接TIG焊模型以及焊后热处理模型,对焊接及焊后热处理进行了模拟,计算出不同热处理温度下的焊接残余应力,得到热处理温度与焊接残余应力的规律。计算结果表明,焊后热处理能明显减小焊件残余应力,当热处理温度为560℃时,焊件的纵向残余应力与等效残余应力均达到最小值。     

铸钢件G20Mn5QT与Q345GJB焊接技术

通过对铸钢件G20Mn5QT与Q345GJB进行焊接性分析,并进行焊接工艺评定试验,确定了焊接工艺参数、预热温度以及焊后热处理温度。通过选择合理的预热温度、焊接方法和焊接材料,严格控制热输入以及焊后热处理来减小焊接残余应力,以避免裂纹的产生,取得了良好的焊接效果,该技术为今后类似工程的施工积累了经验。     

内压与焊接残余应力共同作用下高温管道蠕变有限元分析

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析,然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布.结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响,焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在,仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

Finite Element Analysis of High Temperature Piping Creep for Considering the Effect of Inner Pressure and Welding Residual Stress

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析, 然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布. 结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响, 焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在, 仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

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     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

焊接残余应力的分布和焊后热处理的应力松驰作用

通过钻盲孔法研究了里海型焊接试板焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力松驰的影响，讨论了适合生产实际的焊后热处理条件。结果发现，在焊缝区及其周围存在着高焊接残余拉应力，且纵向应力远大于横向应力。焊扫热处理能够显著降低焊接残余应力，并且焊后热处理温度越高，应力松驰效果越好。对于一般的工程需要，焊后热处理温度下限定于550℃较适宜，可使应力松驰率达到80％以上。在强烈腐蚀环境中工作的压力容器，为防止诱发应力腐蚀开裂，应选择620℃、30min或1h保留的焊后热处理，此时应力松驰率可达到90％以上。在热处理温度低于规范温度时，延长保温时间对于焊接残余应力的松驰影响不大。     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

航空用钛合金激光焊和TIG焊残余应力测试

钛合金是重要的航空材料。采用小孔释放法对钛合金平板激光焊接和钨极氩弧焊(TIG)残余应力进行了测试研究，分析了焊接方法及焊接热输入和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：在热影响区内，激光焊接残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；与TIG焊相比，激光焊残余应力值大约低100MPa；焊后热处理能显著降低残余应力并使其分布区间平缓。     

预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力和性能的影响

文中通过数值模拟建立了微弧等离子弧焊的模型,研究了不同预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力的影响规律,通过X射线残余应力仪测量了焊后件的残余应力,验证了模型的准确性。结果表明,等离子弧堆焊过程中的预热提高了热输入,使焊接熔池变深,热影响区变宽;焊后最大残余应力发生在热影响区内,最大残余应力在y方向上,最大值为1 022 MPa,且为拉应力。随着预热温度的提高,最大残余应力逐步下降,最大残余应力区域逐步向外扩展,趋势与热影响区的一致。最大显微硬度值在热影响区,随着预热温度的提高,硬度逐步在提高。热影响区内产生的马氏体组织是硬度提高的根本原因。     

L485管线钢焊接接头应力状态数值模拟

根据焊接热弹塑性理论,采用ANSYS有限元分析软件通过热-力耦合的分析方法获得L485管线钢焊接接头应力场。并采用超声波残余应力检测结果验证了模拟的准确性,分析了管道内表面和外表面的轴向应力、环向应力分布情况,并研究自然冷却(外界温度分别为5、20℃)、焊后保温、焊后热处理对L485管线钢焊接接头应力分布状态的影响规律。结果表明,自然冷却情况下,外界温度20℃的应力峰值会比外界温度5℃低9 MPa;以外界温度20℃时管线钢的焊接接头应力峰值为基准,焊后保温处理应力峰值降低25 MPa,焊后热处理应力峰值降低154 MPa。     

焊接残余应力的分布和焊后热处理的应力松弛作用

通过钻盲孔法研究了里海型焊接试板焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力松弛的影响 ,讨论了适合生产实际的焊后热处理条件。结果发现 ,在焊缝区及其周围存在着高焊接残余拉应力 ,且纵向应力远大于横向应力。焊后热处理能够显著降低焊接残余应力 ,并且焊后热处理温度越高 ,应力松弛效果越好。对于一般的工程需要 ,焊后热处理温度下限定于5 5 0℃较适宜 ,可使应力松弛率达到 80 %以上。在强烈腐蚀环境中工作的压力容器 ,为防止诱发应力腐蚀开裂 ,应选择 6 2 0℃、30min或 1h保温的焊后热处理 ,此时应力松弛率可达到 90 %以上。在热处理温度低于规范温度时 ,延长保温时间对于焊接残余应力的松弛影响不大     

IN738高温合金焊后热处理残余应力数值模拟

采用三维有限元分析方法,对IN738高温合金激光焊接及热处理后的残余应力场进行数值模拟分析,研究了不同热处理方式对残余应力的影响。分析结果表明,IN738高温合金激光焊接完成后,热影响区残余应力最高,达到1040 MPa,超过了IN738合金室温时的屈服强度;焊件经900℃×15 h时效处理后,热影响区残余应力较焊接态降低了31%;经1120℃×2 h固溶和900℃×15 h时效处理后,热影响区残余应力较焊接态降低了49%,远低于IN738合金室温时的屈服强度。焊后采用固溶时效处理可以有效降低焊接残余应力。     

焊接顺序及热处理对T91/12Cr1MoV异质接头残余应力影响的数值分析

利用ABAQUS有限元软件,对T91/12Cr1MoV钢管道多层多道焊异质接头进行焊接残余应力有限元模拟,分析焊后热处理和两种焊接顺序对接头内残余应力的影响。结果表明,焊接接头在外壁T91侧热影响区存在最高轴向和环向拉应力。焊接各层焊道时,对比从12Cr1MoV侧向T91侧与从T91侧向12Cr1MoV侧依次焊接各焊道所获得的残余应力,后者所获得的残余应力较低,特别是在管道的外壁处尤为显著。热处理后管道焊接残余应力有所降低,但在T91侧热影响区仍存在较大的残余应力。     

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。     

焊后热处理消除P91钢管焊接残余应力的数值分析

根据2002／2004电力规程和P91钢工艺导论确定焊接工艺和焊后热处理工艺,建立P91钢管焊后热处理分析的有限元模型。研究热处理前后周向残余应力的分布。有限元结果表明焊后热处理能有效地改善P91钢管的焊接残余应力分布,降低应力峰值,消除残余应力效果较为明显,可提高接头的综合力学性能。     

航空发动机机匣焊接模拟与残余应力控制

利用有限元软件SYSWELD模拟航空发动机机匣部件的焊接过程和焊后局部热处理过程,研究焊后局部热处理对焊接残余应力的影响。结果表明:复合热源模型"双椭球热源+3D高斯体热源"模拟出的椭圆波扫描电子束焊的熔池形貌和试验结果十分吻合;椭圆波扫描电子束焊温度峰值为2543℃,超过材料熔点,热处理温度峰值为1200℃,达到材料相变点;焊后局部热处理过程可使机匣的残余应力显著降低。     

Q690钢厚板焊接应力变形的数值分析

采用SYSWELD有限元软件,对60 mm厚Q690钢的焊接过程进行了模拟,研究了焊接温度场和预热温度(层间温度)对焊接残余应力和变形的影响规律。结果表明,不预热时,焊接接头的残余应力水平很高。提高预热温度(层间温度)时,可以降低纵向残余应力、横向残余应力、板厚方向残余应力以及Von Mises等效残余应力峰值水平。采用200℃预热温度(层间温度)时,Von Mises等效残余应力峰值水平可以降低200 MPa。焊接后存在残余变形,但是提高预热温度(层间温度)对焊后残余变形的影响不是很大。