304不锈钢薄壁管件纵缝焊接接头残余应力数值模拟研究

目的 采用数值模拟方法代替传统测量方法,以准确模拟不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布规律及预热温度对焊接残余应力的影响规律。方法 采用TIG焊接方法对304不锈钢进行圆管纵缝焊接试验,以最优焊接工艺参数为基础,基于ABAQUS有限元仿真软件,采用热力完全耦合模型,在DFLUX子程序中运用Fortran语言对模型进行汇编以完成ABAQUS的二次开发,模拟薄壁管件纵缝焊接热力耦合过程,并在模拟结果上添加预热温度为150 ℃的预热工艺。结果 304不锈钢薄壁管件焊接过程中会产生较大的残余应力,局部区域接近管材的屈服应力。纵向残余应力趋于焊缝中心方向由压应力转化为拉应力,焊缝中心横向应力承受压应力,并且随着向焊缝两侧移动,横向残余应力值逐渐趋近于0。焊缝厚度方向上的径向应力值变化幅度较小。预热可以有效降低不同方向上的焊接残余应力,其中对纵向残余应力的改善最为明显。结论 数值模拟方法能够准确计算出不锈钢薄壁管件焊接接头残余应力分布,预热处理能够有效降低接头残余应力。     

模拟焊后热处理温度对Q345R钢板焊接接头的焊接残余应力及力学性能的影响

通过热处理试验、残余应力测试、拉伸试验、弯曲试验、硬度试验等方法,分析了模拟焊后热处理温度对Q345R钢板焊接接头的残余应力及力学性能的影响.结果表明:随模拟焊后热处理温度由400℃提高至620℃,Q345R钢板焊接接头的残余应力逐渐减小,经620℃热处理后,可基本消除其焊接残余应力;随着模拟焊后热处理温度的提高,Q3...     

铝锂合金电子束焊接数值模拟分析及工艺优化

采用组合热源模型对Al-Li合金电子束焊接温度场分布进行数值模拟分析,通过热-力耦合,模拟计算得到接头区域的残余应力分布.结果表明,Al-Li合金电子束焊接温度场沿焊接方向呈椭圆形分布,电子束热源中心的温度最高,其附近区域的等温线分布密集,随着与热源中心的距离增大,等温线分布逐渐稀疏,焊缝区存在较大的温度梯度,较好地模拟出了电子束焊缝的钉形分布特征.接头的残余应力分布模拟结果显示,残余应力主要集中于焊缝区,由于修饰焊的热作用,焊缝上部具有相对较大的应力值.利用模拟计算得到的结果进行焊接工艺及参数优化,焊接工艺试验表明,试验焊缝形貌与模拟熔池形貌相吻合,进一步验证了模拟计算结果的可靠性.     

小口径厚壁12Cr1MoVG钢管焊接残余应力的数值模拟

以小口径厚壁12Cr1MoVG珠光体耐热钢管多层多道焊接接头为对象,使用有限元模拟软件,采用生死单元法,计算焊接接头中的残余应力。计算结果表明:焊接接头外壁焊缝附近区域的残余应力为压应力,母材端的残余应力变化幅度要比焊缝区的小;焊接接头内壁焊缝及热影响区的残余应力为压应力,而母材承受拉应力。通过对比可知焊接接头内、外壁轴向残余应力分布的计算结果与实测结果高度吻合,说明数值模拟方法可以为管状接头的焊接工艺评定提供便利、可靠的技术支持。     

初始应力对三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的影响

目的研究不同初始应力状态下,三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的变化规律。方法采用MIG焊分别对供货态与去应力退火态试板进行多层多道焊,焊后试板经慢走丝切割,经三维光学测量技术扫描切割面轮廓,将所得轮廓数据经所建立的数据处理平台处理,将其结果作为有限元计算的边界条件,经应力反算得到残余应力分布。最后再进行有限元模拟,计算焊接接头残余应力。结果含初始应力、去应力退火和数值模拟的焊缝中心均为拉应力区,最大拉应力分别为480, 450, 523 MPa,且都位于焊缝根部区域。三者试板两侧为压应力区域,最大压应力分别为380, 280, 157 MPa,三者数值相差较大。结论将含有初始残余应力试板、退火处理试板与数值模拟结果的残余应力分布进行对比,可以发现三者在焊缝中心处的残余应力分布较为一致,但沿着焊缝向两侧的区域内,应力差别逐渐变大。主要原因为焊接热循环温度高于金属再结晶温度时可以消除部分残余应力,而温度循环较低时对应力消除不明显,导致实验结果相差较大。     

平板焊接接头纵向残余应力修正估算公式

为研究不同焊接参数对平板焊接接头残余应力大小的影响规律, 采用ANSYS软件, 建立了大量焊接试件的三维热弹塑性有限元模型, 对其温度场和应力场进行了数值模拟. 根据数值模拟结果, 考虑不同焊接参数、焊道数以及板件热流分配系数的影响, 对拉应力区半宽的计算公式进行了修正. 在此基础上, 采用指数函数对纵向焊接残余应力进行了拟合, 得到了预测不同焊接接头纵向残余应力分布规律和大小的修正估算公式. 最后设计了多组焊接构件模型, 采用盲孔法实测了其残余应力大小和分布规律, 并与估算公式的计算结果进行了对比, 结果表明:两者吻合良好, 验证了该文修正残余应力估算公式的有效性.     

冷-热源辅助对FSW残余应力影响的数值模拟

目的采用焊接中施加冷热源辅助的方式对焊接应力进行控制,以减小焊后残余应力。方法采用热机耦合数值模拟的方式对2024铝合金搅拌摩擦焊接过程进行仿真,研究采用焊缝两侧加热且底部激冷的温差拉伸辅助工艺降低残余应力的效果。结果与常规工艺相比,温差拉伸时焊缝附近区域的温度梯度明显减小,焊缝区域温度峰值降低了75.3℃;搅拌头后方形成一个焊缝两侧温度高中间温度低的马鞍形温度场。两种工艺下的纵向残余应力峰值均位于焊缝边缘;相比于常规工艺,温差拉伸工艺下的残余应力峰值降低了23.4%。结论冷热源辅助可以有效减小搅拌摩擦焊接头的残余应力峰值。     

6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊数值模拟

为研究铝合金中厚板-节点套接头在多层多道焊后的残余应力和变形分布,本文基于ABAQUS软件建立了该接头三维有限元模型,采用双椭球热源、生死单元法以及顺序耦合法,对6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊进行数值模拟,并分析了接头的温度场,以及在夹具约束下的焊接残余应力及变形的分布情况。研究结果表明:数值模拟与实际接头的熔池形状吻合度较高;摆动焊接过程中温度曲线呈多峰结构;焊件的升温速率明显大于冷却速率,且冷却速率随时间逐渐减小;焊接残余应力主要集中在焊缝及夹具区域,且小于6061-T6铝合金在室温下的屈服强度;接头的最大横向残余应力为129.9 MPa,中厚板上的横向残余应力大于节点套上的横向残余应力;接头的最大纵向残余应力为132.9 MPa,沿焊接方向,焊缝处的纵向残余应力呈山峰状分布;该接头在Y轴方向上的变形最大,为1.494 mm,该接头的最终变形结果为上凸变形。     

厚板钛合金磁控窄间隙TIG焊接技术发展现状

磁控窄间隙TIG焊接技术能有效解决厚板钛合金侧壁熔合不良的问题,其工艺稳定性好、设备成本较低,能为大型钛合金海工结构和装备制造提供有力支撑。围绕厚板钛合金磁控窄间隙TIG焊接技术及其研究现状展开论述。重点阐述了外加横向磁场对电弧摆动的作用机理,并讨论了主要焊接工艺参数(窄间隙坡口设计、焊接电流强度、外加磁场强度和频率及电极位置)对焊缝成形的影响。结合自研结果探讨了不同规格钛合金磁控窄间隙TIG焊接接头的显微组织和力学性能,并进一步概述了焊后残余应力分布特征。研究结果表明,利用外加磁场实现电弧周期摆动能有效调控热输入分布,进而改善侧壁熔合不良的问题;相比其他窄间隙焊接技术,磁控窄间隙TIG焊接能获得更加均匀的焊缝组织和优异的接头力学性能;磁控窄间隙TIG焊接后,接头表面存在较大拉应力,结合合适的热处理工艺能有效降低接头残余应力。最后,对磁控窄间隙TIG焊技术发展和前景进行了展望。     

钛合金薄板激光和钨极氩弧焊残余应力测试研究

采用小孔释放法对钛合金薄板激光焊和钨极氩弧焊(TIG焊)的焊接残余应力进行了测试，并分析了焊接方法、焊接线能量和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：激光焊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；在热影响区内，激光焊残余拉应力值比TIG焊的约低100MPa；在焊缝及其熔合线附近，激光焊残余应力却比TIG焊的高。对于不同线能量激光焊接，线能量越大，焊缝越宽，热影响区的残余应力也越大。焊后真空热处理能降低残余应力90％。     

304不锈钢管TIG焊接头凝固行为及热力耦合研究

目的 对2mm厚不锈钢管的焊接工艺参数进行优化,并基于模拟仿真软件对接头的热应力场进行模拟,以解决薄壁管件接头应力测试不方便的问题。方法 以TIG焊对2 mm不锈钢管进行焊接,通过对接头宏观形貌、微观组织、显微硬度等结果进行优化进而得到最佳焊接工艺参数,采用双椭球热源和温度-位移耦合方法结合最优工艺参数进行数值模拟。结果 当焊接电流为150 A、焊接速度为66 cm/min时,焊接接头全部熔透,且正面及背面焊道均匀致密,成形良好。焊缝中心上部区域和下部区域均呈现等轴晶形貌,下部区域尺寸较上部区域尺寸略大,熔合线附近为柱状晶组织。焊接接头显微硬度整体分布呈现U形,其中热影响区显微硬度（197HV）大于焊缝区域硬度（162HV）,熔合线附近显微硬度达到最低值（145HV）。模拟结果显示,在焊接过程中,当纵向残余应力从母材向焊缝中心过渡时,由压应力逐步转化为拉应力;焊缝中心横向应力呈现为压应力,向两侧母材过渡时应力值逐渐趋近于0,径向应力值变化幅度较小,模拟数据变化趋势与实测数据变化趋势接近。     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

紫铜/Al_2O_3陶瓷/不锈钢复合结构钎焊接头残余应力研究

采用有限元数值模拟的方法研究AgCuTi钎焊紫铜/Al_2O_3陶瓷/不锈钢复合结构的形变和残余应力分布情况,并对模拟结果进行实验验证。结果表明:残余应力主要分布在接头区,并且该区形变较小。陶瓷端的残余应力对接头性能影响较大,由于线膨胀系数差异过大,不锈钢陶瓷侧易产生裂纹缺陷,接头倾向于在该区域断裂,紫铜侧陶瓷端TiO反应层的形成导致该区域裂纹的出现,降低了接头的性能。研究各应力分量对最终残余应力的贡献,结果显示环向应力和轴向应力在陶瓷端所产生的拉应力是造成接头强度降低的主要因素。接头拉剪实验表明,接头主要在靠近不锈钢侧的陶瓷端断裂,验证了模拟结果的准确性。     

激光冲击处理对AISI304钨极氩弧焊接接头残余应力的影响

利用激光冲击波对AISI304不锈钢氩弧焊接接头进行了表面强化处理,用X-350A型X射线应力仪测定了其激光冲击处理后残余应力,分析了残余应力的产生机理.结果表明,激光冲击处理后AISI304焊接接头残余应力为110MPa左右,其强化效果十分明显,显著地降低了焊接接头残余拉应力,并使残余应力分布趋向均匀.     

2195-2219异种铝合金焊接接头的微观组织和性能

用钨极氩弧焊(TIG)和变极性等离子弧焊(VPPA)对2195与2219异种铝合金进行平板对接焊，研究了不同焊接方法和在有无保护气氛条件下焊接接头的显微组织和性能。结果表明，在用TIG和VPPA工艺焊接的接头区域都没有出现宏观热裂纹，能量密度高、焊接快和热输入量小的VPPA工艺使焊缝区域较窄；异种铝合金焊缝接头熔合线附近的主要析出相为θ相，在焊缝区域有α-Al与θ相组成的共晶组织；在TIG工艺和有气氛保护的VPPA工艺的焊接接头区域没有出现局部软化现象，焊缝区域的硬度与2219侧母材相同。TIG工艺的焊接接头，其抗拉强度更高。     

U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法

基于焊接残余应力数值模拟方法, 分析了U 肋加劲板各组成板件的板宽、板厚对焊接残余应力分布的影响, 揭示了U 肋与母板残余应力合力的分配规律, 提出了针对不同构造尺寸的U 肋加劲板焊接残余应力分布简化计算方法。研究结果表明:各组成板件的板宽变化对焊接残余拉应力的分布影响较小, 但对焊接残余压应力的大小影响较大;U 肋与母板的板厚比对U 肋与母板残余应力的分配比例影响较大。U 肋加劲板受压承载力计算时, 焊接残余应力分布可以采用简化方法计算, 其结果与根据数值模拟得到的焊接残余应力分布计算的结果基本一致。     

考虑相变的铝合金管焊接残余应力数值模拟

以铝合金薄壁管的对接接头为研究对象,根据实际情况建立了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,运用SY-SWELD软件在考虑相变情况下对其焊接过程温度场与轴向和环向残余应力分布进行数值计算与分析,与实验结果进行对比验证了该模型的准确性。此外,还分析了铝合金管半径变化对残余应力分布的影响规律。结果表明:相变对轴向最大拉应力与环向最大拉应力和压应力都有明显的影响,且考虑相变能更准确地模拟轴向和环向残余应力;在考虑相变情况下,焊接残余应力随半径的增大而增加;并且在不同的半径条件下,距焊缝中心不同距离上的应力分布有着一致的变化趋势。     

海洋平台用钢焊接接头宽板拉伸断裂行为的研究

本文采用带有中心缺口的宽板拉伸试验方法,研究国产海洋平台用钢焊接接头的断裂行为——测定不同温度下的断裂应力、断裂韧性和断裂后的残余应变。     

钛合金平板电子束焊接残余应力的小孔法测量

采用小孔法对TC11平板真空电子束焊接接头的残余应力进行了测量,结果发现,其残余应力为以纵向残余应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值较小,同时还将测量结果与有限元结果进行对比分析,证明了有限元模型的合理性和可靠性。     

铝合金氩弧焊与搅拌摩擦焊残余应力对比分析

铝合金材料由于其重量轻、耐腐蚀等优点被广泛应用于石油海洋工程中。铝合金的焊接及焊接接头的性能,备受关注。不同的焊接方法和焊接工艺产生的焊接残余应力对接头的疲劳寿命影响极大。以氩弧焊和搅拌摩擦焊工艺,选用不同的铝合金材料,采用小盲孔法测试焊接残余应力。比较了两种焊接方法、工艺所产生的接头焊接残余应力值,为今后铝合金焊接接头中,疲劳性能的计算提供初步的数据。试验结果表明,在铝合金的氩弧焊和搅拌摩擦焊对接接头中,残余应力的最大值均出现在焊缝中心到热影响区的范围内,随着与焊缝中心距离的增加,残余应力的数值逐渐减小。