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。     

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。     

基于计算机有限元的厚板多层多道焊温度场研究

在建立Q460厚板多层、多道次焊接有限元模型时,考虑了板料厚度方向的温度场分布,研究接头热影响区的温度场和热循环特征。结果表明,建立的热源分析模型可以准确描述厚板多层、多道次焊接过程;焊接热影响区热循环高温停留时间和峰值温度受后续焊道的影响较大,因此需严格控制后续焊道的热输入和层间温度。     

厚板对接接头多层多道焊有限元模拟研究

以X70钢厚板对接接头多层多道焊为研究对象,利用MARC软件中的生死单元技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊取样点的热循环曲线、试样件的变形和应力曲线,然后对其进行分析,并采用塞尺测量验证仿真结果。结果表明,每个焊缝都会受到后焊接过程的热作用,有多次热循环;沿焊接方向对接接头的自由端发生了明显的角变形,焊接变形最大值为4.984 mm;焊接仿真变形结果与测量结果趋势一致,误差最大为4.54%;焊缝受到其后焊接的多次热循环作用,有多次应力循环,对生产有重要的指导意义。     

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.     

马氏体相变对P91多道焊残余应力的影响

利用ABAQUS软件及其子程序FILM、DFLUX、HETVAL、USDFLD、UEXPAN和UHARD,提出了考虑马氏体相变的P91钢多道焊残余应力计算方法。首先计算考虑马氏体相变潜热的温度场,然后将温度场作为预定义场,顺序耦合计算应力场,计算时综合考虑马氏体相变产生的体积膨胀、屈服强度改变和相变塑性的影响。结果表明每道焊缝只会在当前焊接时发生马氏体相变,马氏体相变释放的潜热会使当前焊缝温度增加6%。后道焊缝马氏体相变释放的潜热会使前道焊缝温度增加。考虑马氏体相变影响后,平板上表面焊后残余应力分布呈M型,这一结论与实验测量结果一致。后道焊缝产生的热应力会使先前焊缝的应力值增加。     

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。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

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。     

奥氏体不锈钢单层焊与多层焊残余应力数值分析

基于SYSWELD有限元模拟技术,模拟奥氏体不锈钢对接接头单道单层焊和单道多层焊2种焊接工艺下的焊接残余应力场分布。单层焊采用大电流熔化极惰性气体保护焊,多层焊第1层采用钨极氩弧焊,中间层和表面层采用焊条电弧焊,同时对结果进行分析比较。结果发现:单道多层焊比单道单层大电流焊焊接效果好,焊接残余应力最大值分布区域更小,因为多层焊的焊接电流小,焊接层次增加使得热输入小,造成受热范围减小,同时后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用,因而改善了残余应力和焊接接头组织。研究方法和研究结果为对接接头的残余应力预测和焊接质量控制提供参考。     

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     

中厚板多层焊后焊层对焊缝纵向残余应力影响的数值分析

通过有限元方法对TIG焊中厚板对接接头进行了动态模拟,分析了后焊层对已焊层纵向焊接残余应力的影响,计算结果表明:后焊层对已焊层的温度和纵向残余应力的影响与板材的厚度存在着直接的关系,当板材的厚度不是很大时,后焊层的焊接热输入使已焊层的温度超过了相变温度,且由于温度过高使相邻后焊层与已焊层层间晶粒经历了熔化再结晶、重新形核长大的过程,使已焊层的温度重新回到较高温度,接近或达到熔点,后焊层对已焊层并没有起到热循环对残余应力场影响的作用,其纵向残余应力值基本没有变化.     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

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。     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

多道次MIG焊铝合金的焊接界面行为研究

采用自制填充焊丝多道次MIG焊接8 mm厚铝镁合金板材,运用金相、扫描、X射线衍射以及电子背散射衍射(EBSD)等观测分析手段对焊接接头进行了微观组织分析。结果表明,焊缝区为典型的铸态组织,不存在明显的择优取向问题。但由于多道次焊接过程中焊接热循环的综合叠加效应,以及交界面两侧组织结构的相似性,相比较而言,靠近焊道交界处再加热粗晶热影响区的晶粒更倾向于外延生长,织构比细晶层和焊缝区更强烈一些,且晶粒长大明显,显微硬度更低,残余应力仅次于焊缝底端,成为焊接接头的一个薄弱环节。     

厚板Invar钢多层多道焊与多层摆动焊效率与接头质量对比分析

对19 mm厚Invar钢板进行多层多道焊和多层摆动焊对接试验,计算分析了这两种工艺的功耗和效率,并通过观察和测量Invar钢焊件的金相组织和显微硬度以比较两种焊接方法的焊接接头质量。结果表明,在连接厚板Invar钢时,由于多层摆动焊焊道数少于多层多道焊焊道数,多层摆动焊所用焊接时间较少、效率更高、功耗更少;多层摆动焊的层间重熔区熔合良好,而多层多道焊接接头处观察到明显的未熔合缺陷;多层摆动焊的热影响区宽度远小于多层多道焊;多层摆动焊的平均晶粒尺寸及显微硬度均略大于多层多道焊。     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

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。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。