高强度船体钢环形拘束焊接接头残余应力的分布

本文采用数值模拟的方法,对船体结构的某一环形拘束焊缝进行焊接残余应力的模拟计算.同时采用压痕式应力测试仪,对实际船体结构进行测试,并与模拟结果相对比验证.结果表明,模拟结果与实测结果测得的焊接残余应力分布规律基本一致,环形拘束焊缝纵向残余应力大于横向残余应力,最大焊接残余应力位于靠近热影响区的直线段焊缝近表面处.     

Q355钢板对接接头裂纹扩展所致焊接残余应力重分布研究

目的 定量研究裂纹扩展导致的焊接残余应力重分布效应,得到残余应力随裂纹扩展的变化规律。方法 首先采用盲孔法测试了Q355钢板对接接头的初始残余应力;其次利用线切割技术模拟了平行以及垂直于焊缝的裂纹扩展情况,并测试了裂纹扩展导致的残余应力变化量;最后根据测试数据提出了残余应力释放量Δσ与裂纹长度a之间的函数关系式,进一步得到了基于裂纹扩展的应力重分布计算公式。结果 Q355钢板对接焊的焊缝区纵向(沿焊缝方向)存在较大的残余拉应力,拉应力峰值出现在焊趾处,为屈服强度的1.13倍。焊缝区横向存在梯度较大、拉压交替变化的残余应力,压应力峰值出现在焊趾处,大小为52.6 MPa,拉应力峰值出现在距焊缝中心线17 mm处,大小为63.5 MPa。裂纹扩展能显著释放残余拉应力:裂纹沿焊缝中心扩展,横向残余拉应力峰值降低了45.8%;裂纹沿垂直于焊缝方向扩展,焊趾处的拉应力峰值降低了63.3%。结论 裂纹扩展会显著影响焊接构件的残余应力分布,根据实测数据提出的裂纹扩展应力重分布计算公式能够较好地反映残余应力重分布情况。     

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。     

低强匹配对接接头焊接残余应力的数值模拟分析

本文采用数值模拟方法,分析了低强匹配对接接头2种拘束条件、5种屈服强度匹配系数的焊接残余应力。结果表明,低强匹配接头焊根处的三向残余拉应力较小,对静载强度影响不大;焊趾处的三向残余拉应力较大,对疲劳强度和冷裂倾向有不利影响。自由状态的纵向残余应力和两端约束状态的横向残余应力,焊缝金属屈服强度每降低25MPa,其残余应力减少约11MPa。     

超高转速搅拌摩擦焊铝合金板的焊接变形和残余应力

采用10 000r·min~(-1)以上的超高转速搅拌摩擦焊设备,对100mm×80mm×1mm的2014铝合金板进行了对接焊。利用水雾冷却的方法控制铝合金板的变形,得到了表面成型良好且变形较小的焊件,并对焊件的焊接变形和残余应力进行了测定和分析。结果表明:该2014铝合金板的焊缝无减薄,横向最小挠度为0.25mm,纵向最小挠度为0.3mm;焊缝处的残余应力很低,纵向残余应力峰值区间为-43~-83 MPa。     

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。     

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.     

T形接头冷丝填充双热源协同焊接数值模拟

为提高T形接头的焊接效率、降低其焊接变形,本文提出了冷丝填充双热源协同焊接的工艺方法,主要利用有限元模拟技术研究了厚度6 mm的5083铝镁合金T形接头双热源协同焊接温度场、应力场及变形特征.模拟结果显示,双热源热输入相同的情况下,T形接头焊接温度场在立板两侧呈对称椭圆形分布,椭圆长轴与焊接方向一致,热源后方区域的温度梯度小于前方,主要是同时受到电弧与凝固焊道热量的叠加作用所致,热量分布范围拓宽;底板x方向的纵向残余应力呈"多峰"状对称分布,近缝区以拉应力为主,应力峰值为111.6 MPa;远缝区以压应力为主,应力值随着远离焊缝而变大,原因是距离热源越远,焊接热应力越小,压应力峰值为73.4 MPa;立板y方向从底部到顶部呈从"拉"到"压"的演变趋势,纵向残余应力先减小后微增,近缝区应力峰值为183 MPa,远缝区应力峰值为33.5 MPa;T形接头的横向收缩变形最大,变形量峰值为1.727 mm,主要与熔池金属冷却凝固时横向剧烈收缩、"拉拽"热影响区和母材有关.     

圆钢管加工方法诱导的残余应力分布检测与分析

为了研究圆钢管加工方法诱导的纵向残余应力分布规律,该文采用盲孔法对截面规格为 φ325×8的5组15个不同强度、不同加工方法的圆钢管试件进行了测量。基于测量数据,得到了试件截面残余应力分布和拉、压残余应力的数值大小,研究了埋弧焊、高频焊和热轧三种不同加工方法对残余应力分布的影响。试验结果表明,埋弧焊对圆钢管截面纵向残余应力的影响强于高频焊,高强度焊接圆钢管的残余应力分布比较均匀,且焊缝区最大残余拉应力分布在焊缝两侧各40 mm区域内;普通强度钢管截面的最大纵向残余压应力为0.35σ_y,而Q690高强钢焊接圆钢管截面的最大纵向残余压应力为0.21σ_y,同中点截面的纵向残余应力峰值相比,起焊点和落焊点截面处的纵向残余应力峰值偏小。不同于焊接圆钢管,热轧无缝圆钢管同一截面内外表面的最大纵向残余应力数值大小相同,符号相反,其最大值为0.15σ_y。     

铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试

对铸造TC4钛合金进行电子束焊接,使用X射线衍射法对焊后母材、热影响区以及焊缝的表面残余应力分布状况进行测试和分析。结果表明：垂直于焊缝方向的测试点上,焊缝及热影响区在横、纵两个方向上主要存在拉应力;剪切应力数值均在±50MPa范围内,可以认为对焊缝性能没有影响。沿焊缝长度方向的测试点上,无论横向应力还是纵向应力,焊缝起始端的应力值要低于焊缝终止端的应力值。纵向残余应力表现为拉应力,横向残余应力由压应力逐渐向拉应力方向转变。     

焊接残余应力磁记忆信号特征的研究

针对焊接残余应力与金属磁记忆信号存在一定联系的现象,设计了Q345R焊接试件.以X射线法检测应力值为参考,研究焊接试件横向和纵向残余应力与试件焊接残余磁信号的对应关系.结果表明,焊接试件残余压应力和试件纵向残余拉应力与试件的磁信号梯度值,在数值和变化趋势上均无明显相关性;磁信号梯度值能用于较大横向拉应力的定位,且梯度最大值点与横向残余应力的最大值点存在一定的对应关系.     

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。     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响

为研究焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响,对采用药芯焊丝半自动焊接后的8 mm厚平板焊缝结构进行仿真模拟,在经验数值范围内设置不同的焊接工艺参数值,分析平板在横向和厚度方向的焊接残余应力分布情况。研究结果表明:横向的最大焊接残余应力分布在热影响区,且随着焊接速度的增大和焊接层间温度的降低而降低;沿厚度方向的最大焊接残余应力为115.92 MPa,位于平板中间层,随着焊接速度的增大而先减小后增大;平板焊接在横向的残余应力远大于厚度方向的应力。根据焊接残余应力的变化情况,运用二元回归分析法对横向和厚度方向的最大焊接残余应力进行函数拟合与检验,并开展多因素拟合模型的分析,得到焊接速度和焊接层间温度对焊接残余应力的综合影响规律。通过研究残余应力的变化趋势可选定焊接残余应力最小时的工艺参数范围,实现焊接工艺参数优化。     

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。     

轨道车辆型材结构搅拌摩擦焊残余状态研究

目的 研究轨道车辆中典型的箱型和V筋结构型材搅拌摩擦焊残余状态。方法 采用顺序热力耦合方法进行了搅拌摩擦焊残余应力及变形的仿真研究。结果 给出了上下壁板焊缝区域的残余应力大小及分布规律,阐述了两种结构的横向和纵向残余变形特征。对V筋结构型材,分析了不同筋板角度对焊接残余状态的影响。结论 残余应力方面,主要表现为纵向残余应力,上下壁板两条焊缝的残余应力峰值相近,高应力分布区域宽度差别较大。残余变形方面,箱型结构呈马鞍形,V筋型材呈下凹形。V筋型材筋板夹角的变化对残余应力没有显著影响。筋板角度增大,纵向残余变形减小而横向残余变形增大。     

喷丸处理对2219铝合金搅拌摩擦焊焊接残余应力的影响

对2219铝合金板进行了搅拌摩擦焊(FSW)和喷丸处理，采用X射线衍射仪(XRD)测量了搅拌摩擦焊和喷丸产生的残余应力，分析了残余应力的分布特征，研究了弹丸直径、弹丸材料、喷射距离等参数对搅拌摩擦焊接残余应力分布的影响。结果表明：焊接后，焊缝附近存在较大的残余拉应力，焊缝中心线±20 mm范围内的平均应力高达100.9 MPa,而远离焊缝的母材区域接近零应力状态；喷丸后，试样残余应力分布发生显著变化，表层残余应力表现为压应力，并且该压应力数值随着深度的增加先增大后减小，最后保持为拉应力；增大弹丸直径可提高最大残余压应力值和残余压应力层深度，但当弹丸直径继续增大至1.2 mm时，最大残余压应力值不再继续增大；选用合适的弹丸材料可获得理想的残余压应力分布情况；随着喷射距离的增大，最大残余压应力值和残余压应力层深度先增大后减小。     

拉深比对304不锈钢圆筒件残余应力的影响

304不锈钢圆筒拉深件在其口部易发生纵向开裂,外壁残余拉应力过大是造成其纵向开裂的根本原因之一.本文结合有限元法分析不同拉深比所得圆筒拉深件的残余应力,用纳米压痕试验研究了拉深比对304不锈钢圆筒拉深件筒壁残余应力的影响.结果表明:304不锈钢圆筒拉深件外壁的残余拉应力从筒底到口部先增大后减小,最大残余应力出现在筒壁中部约60%筒壁高度处;纳米压痕测得拉深比为1.43、1.54、1.67和1.82拉深圆筒件筒壁的最大残余应力分别为391.87、745.30、793.74和1 013.1 MPa;最大残余应力随拉深比的增大而增大.与其他文献对比分析,此研究结果是正确可靠的.     

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。