基于有限元的多次补焊焊接残余应力的数值模拟

应用有限元方法建立了补焊温度场的数学模型，并对温度场进行一定的简化。焊接应力分为热应力和组织应力两部分，分别给出了热应力和组织应力的计算模型。利用ANSYS有限元软件以BHW35钢补焊为例进行数值模拟，给出了有限元的实现过程。并分别给出了一次、三次、五次补焊的模拟结果。并将计算模拟值与实际测量数值比较。计算结果和实际测量数值基本吻合。并根据应力分布情况，得到一些结论，焊缝中心的残余应力变化不大；热影响区存在较高的残余拉应力，且同一位置，随修复次数的增加，应力值逐渐提高；残余拉应力区宽度变大。文中还给出了焊后热处理后的应力大小情况，以证明焊后热处理能改善应力分布。     

焊接工艺对Q345D钢T型接头双道MAG焊接变形和应力影响的有限元分析

以Q345D低合金高强钢T型接头双面焊接过程的数值模拟为研究对象,利用SYSWELD有限元分析软件,选择双椭球热源模型,模拟不同焊接工艺下Q345D钢T型接头双面焊接过程。数值模拟时,考虑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。基于模拟结果,预测了不同焊接工艺下的温度场、变形场和引力场的演变规律及分布特征,并进行了理论分析。     

16MnR钢焊接接头多次补焊残余应力数值模拟

利用有限元法，对16MnR钢焊接接头多次补焊产生的残余应力进行分析。计算结果表明，在焊缝及热影响区，初始残余应力的值较大，远离焊缝及热影响区的区域，应力逐渐降低。补焊后，在靠近补焊区域周围的原焊缝及热影响区，纵向残余应力降低，横向应力增加；在补焊区域，纵向应力的变化不大，但是横向应力的值增幅较大。随着补焊次数的增加，应力值增加的幅度不大，但是高应力区的宽度增加。     

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.     

304L/Q345R异种钢焊接数值模拟技术研究

Q345R和304L钢普遍应用在车辆、化工、船舶等领域,在工程实际中有时需要Q345R和304L钢的焊接。文中使用Ansys软件,选用高斯分布热源,建立了50 mm厚的Q345R/304L钢偏X形坡口焊接有限元模型,并对温度场与应力场进行了研究分析。结果表明：距热源相同距离时,304L钢材料温度上升速率明显大于Q345R钢的温度上升速率;高温时304L钢的冷却速度略微大于Q345R钢的,在低温时大致相同。焊缝区域应力明显大于母材区域的应力。Q345R钢侧的残余应力大于304L钢侧残余应力;304L钢侧最大应力可达241 MPa, Q345R钢侧最大应力可达327 MPa,焊缝区域最大应力可达380 MPa。沿板厚方向,在Q345R钢侧上下表面的Mises应力均大于250 MPa,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。304L钢侧上下表面的Mises应力均在20～30 MPa之间,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。Q345R钢侧所受的Mises应力明显大于304L钢侧所受的应力。焊缝上Mises应力情况较为复杂,最大达350 MPa,但最小应力仅为30～50 MP...     

焊接顺序对Q345qD钢厚板焊接接头残余应力和变形的影响

基于ABAQUS有限元软件的热弹塑性分析方法,分析了32 mm厚Q345qD钢对焊接头在熔化极气体保护焊下的残余应力和残余变形。结合试验测试和数值模拟,研究了4种不同焊接顺序对焊接接头残余应力分布和残余变形的影响。采用ABAQUS软件中的单元生死技术模拟焊接过程,热源模型采用双椭球体积热源。结果表明,数值模拟结果与试验结果相符,改变焊接顺序对温度场影响不大,两侧焊道单次交替焊接相比两侧焊道多次交替焊接的横向残余应力整体应力较小,最大值从356 MPa降到278 MPa,降低了21.91%;而两侧焊道多次交替焊接的纵向残余应力整体应力较大,纵向残余应力最大值从303 MPa升到368 MPa,增加了21.45%。与两侧焊道单次交替焊接相比,两侧焊道多次交替焊接的厚度方向变形较小,最大值从1.67 mm降到0.04 mm,降低了97.60%。     

Q345钢的MAG焊接接头组织及力学性能分析

采用MAG焊接方法制备了不同厚度Q345钢平板对接焊件,分别对其进行拉伸、冲击、弯曲力学性能测试,并对焊缝区域进行显微组织观察,最后采用盲孔法测量焊接试样的残余应力.测试结果表明:12 mm/12 mm焊接试样的综合力学性能明显优于10 mm/12mm与10 mm/10 mm焊接试样.在焊缝中心处10mm/12 mm焊...     

20/Q345R异种钢焊接接头残余应力及变形的有限元分析

基于Ansys模拟软件,采用生死单元法编写APDL命令流,对20/Q345R异种钢平板对接多层焊的焊接温度场及应力场进行了模拟计算,并通过试验对模拟结果进行了验证,试验结果和模拟结果吻合良好。结果表明,异种钢焊接过程中温度场分布不对称,且Q345R钢侧高温区域稍大于20钢侧的;焊接过程中,等效应力集中分布于焊缝及其附近区域,焊后等效应力以变形的方式进行释放,导致结构产生了一定程度的变形,焊缝附近应力呈现较大的梯度;焊缝中间部位横向收缩最大,引弧和熄弧处横向收缩较小,焊后试件变形较小。     

Q345钢焊接裂纹分析

通过对Q345钢焊接裂纹处的金相组织检验、断口扫描分析及母材的化学成分检验,验证了生产过程中Q345钢焊接开裂主要是因母材中有害元素P含量较高,焊接的最后凝固位置形成低熔点的共晶组织,同时在焊接母材可焊性较差情况下,焊接工艺没有做出相应的调整而引起的.     

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.     

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。     

转向架构架补焊残余应力数值模拟

转向架作为车辆走行部的主要构件,常采用局部补焊的手段进行修复,这势必影响接头残余应力。利用ABAQUS有限元分析软件,分别对焊态、不同补焊参数和补焊次数后的残余应力进行了数值模拟。模拟计算结果表明:补焊后焊缝的纵向应力大大增加,横向应力减小;但随着补焊次数的增加,纵向应力变化不大,横向应力有所增加;随深度增加,纵向应力涨幅不大,横向应力有所增加;随补焊宽度增加,焊缝区的横向应力有所增加,纵向应力略有增加但幅度不大。开展对转向架焊接构架对接焊缝补焊残余应力分析,对于指导焊接转向架生产、降低焊接接头残余应力具有重要的意义。     

焊接残余应力对接头尘化腐蚀影响的有限元模拟

金属尘化腐蚀是发生在含碳气氛中的一种高温腐蚀现象,碳在金属基体中的扩散是其过程的第一步.文中开发了碳扩散的耦合计算程序,进行了加热炉炉管焊态和工况温度状态下焊接残余应力对碳扩散影响的数值模拟,并与无应力状态下的碳扩散情况进行了比较.结果表明,在热影响区附近焊接残余应力梯度最大,对碳扩散的影响也最大,并且形成一个碳浓度峰值,在峰值两侧则会形成相应的碳浓度低谷,这是碳向高应力梯度区扩散所致.经过升温至工况温度后,残余应力得到松弛,对碳扩散的影响有所降低,可以延缓炉管的损坏时间.但由于残余应力的影响仍然存在,因此在炉管检修期间要注意焊接接头附近的尘化腐蚀情况.     

不同异种钢管道焊接接头残余应力的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的热应力有限元计算程序,对0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20异种钢焊接接头残余应力进行了有限元模拟分析.结果表明,无论是采用奥氏体不锈钢焊条A302焊条还是镍基焊条Incone182焊条,0Cr18Ni9/20钢和1Cr5Mo/20钢焊接接头中最大的轴向残余应力和环向残余应力产生在20钢侧的热影响区,0Cr18Ni9侧有最小的焊接残余应力.采用Incone182来代替A302可以有效地降低残余应力值,提高抗应力腐蚀开裂的能力.     

Q345R/316L复合板镍基焊接接头性能

采用TIG和SMAW焊焊接Q345R/316L双金属复合板。利用光学显微镜、电子显微探针、力学性能测试等分析手段研究复合板焊接接头显微组织、主要化学元素分布和力学性能。结果表明,采用THNi317焊条所获得的焊接接头组织主要为奥氏体和少量δ铁素体。基层焊缝熔合线处无明显合金元素稀释,同时未形成脱碳层。焊接接头力学性能良好,无缺陷,平均抗拉强度为519 MPa,焊缝、熔合线与热影响区的冲击功分别为77 J、116 J、69 J,焊道硬度均低于350 HV_(10),满足性能要求。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣.计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小.最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响.最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大.相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

SS304半管夹套焊接部位残余应力三维有限元模拟

半圆管夹套设备最常见的问题是夹套焊接部位开裂引起泄漏,焊接残余应力是重要的影响因素之一.利用有限元软件ABAQUS,开发了一个多次顺次耦合焊接残余应力有限元计算程序,并利用FORTRAN语言编写移动高斯热源的分布子程序,对304不锈钢半管夹套焊接部位残余应力进行数值模拟,得到半管夹套T形接头焊接残余应力分布规律.计算结果表明,在T形接头附近,应力水平较高,易诱使焊缝开裂失效.并对半管夹套的焊接制造提出建议,为优化半管夹套焊接工艺、控制焊接残余应力提供理论依据,对提高半管夹套设备的可靠性和安全性具有重要意义.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.