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。     

工艺参数对压力容器异种钢接头残余应力的影响及优化分析

为明晰焊接过程产生的残余应力对核电压力容器管道疲劳裂纹扩展和结构断裂失效的影响,优化焊接工艺,从而减小残余应力,借助了Ansys和Isight软件,以核电压水堆一主回路焊接接头焊缝区域为研究目标,利用“生死单元法”进行多层多道焊条件下温度场的模拟,同时利用DOE方法探究焊接结构参数与焊接产生的残余应力间关联关系,得出压力管道异种金属焊接接头残余应力分布规律,明晰了主要工艺参数对结构残余应力的影响机制。结果表明,环向残余应力是压力容器管道焊缝结构发生破坏的直接因素,减小焊接残余应力应增大焊接处的坡口角度和接头内外径差值。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

基于逆焊接技术的T122/P122钢环焊缝残余应力消除工艺

采用ABAQUS有限元软件生死单元技术针对逆焊接消除残余应力的工艺方法进行分析,模拟计算了T122/P122钢环焊缝的逆焊接消除焊接残余应力的工艺过程,分析了逆焊接消除残余应力的操作工艺中不同热处理温度、冷却速率、冷却范围、冷却时间对消残余应力效果的影响. 结果表明,经过逆焊接处理后,Mises残余应力及环向残余应力均明显降低,且热处理温度对残余应力的消除影响最为显著,其次是冷却时间和冷却速率. 当热处理温度为400 ℃,冷却时间为20 s时不仅可以消除焊接残余应力,还可以在处理表面形成1.3 mm厚的压应力层.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨;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;1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术;数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响;焊接应力场与应变场的计算与讨论     

异种金属管道焊缝的修补焊残余应力

研究了异种金属焊接管道在修补焊前后残余应力的演化,以了解核电厂管道在修补焊后是否满足抗应力腐蚀开裂的要求。采用手工焊和自动焊技术进行了SA106B钢与Inconel 600合金异种金属管道的对接焊,在对原始焊缝进行了局部的打磨后,分别采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊技术对打磨处进行了修补焊接。采用轮廓法对管道修补焊后状态下的环向和轴向焊接残余应力进行了测量,得到了管道的焊接残余应力分布。通过对异种金属管道修补焊接头的残余应力分析,确认了修补焊后最大残余应力小于415 MPa,可以满足相关抗应力腐蚀开裂的要求,研究结果对开展核电厂管道修补焊有较高的参考价值。     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

X80钢管道焊接致氢富集及热处理数值模拟

为了探究焊后热处理对焊接残余应力及氢扩散的影响，采用Abaqus软件建立含六层环焊缝的X80钢管道模型，进行温度场、应力场和氢扩散耦合分析。结果表明，焊接产生的残余应力主要集中在焊缝区和热影响区，Mises等效应力峰值为580 MPa,已接近管材的屈服强度。管道材料内氢浓度沿着径向和轴向分布不同，但均与静水应力的分布规律相似。输氢管道焊后热处理的效果明显，可显著降低焊接残余应力、静水应力，从而降低氢富集浓度，减少焊缝处可能的氢脆现象发生。     

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.     

不锈钢带极埋弧堆焊防剥离工艺优化研究

对不锈钢带极埋弧堆焊层进行热模拟试验，研究高温停留时间对堆焊层过渡区硬化层厚度的影响，用剪切试验检测不同硬化层厚度条件下的界面结合强度，用焊接数值模拟分析堆焊层数对界面残余应力的影响。研究结果表明：随着高温停留时间增加，堆焊层过渡区硬化层厚度增大，堆焊层与母材的结合强度降低。随着堆焊层数的增加，界面残余应力增大，堆焊层数达到6层残余应力为380 MPa。较小的热输入、较低的预热温度和层间温度、较少的堆焊层数，可以减小不锈钢带极埋弧堆焊过渡区硬化层厚度，提高堆焊层与母材结合强度，降低堆焊层界面残余应力，防止堆焊层剥离。     

焊道填充方法对X65管线钢环焊缝残余应力数值模拟的影响

在进行管道多层多道焊接仿真分析时,焊缝金属的填充过程对于数值模拟的结果有着不可忽视的影响。文中以有限元软件ABAQUS为仿真工具,分别采用逐层填充和逐滴填充2种方式对X65管线钢环焊缝的焊接残余应力进行仿真分析。为比较2种填充方式结果的准确性,采用X射线衍射法测试了实际管道的焊接残余应力。研究结果表明:采用逐层填充方式所获得的焊接残余应力要高于实际残余应力,而采用逐滴填充方式所获得的残余应力与试验结果吻合良好。     

基于正交试验设计的高温管道焊接工艺优化

P91耐热钢焊接接头广泛用于电厂管道,厚壁管道焊接残余应力分布比较复杂,而焊接接头残余应力的大小对其高温环境下运行的蠕变又有着较大的影响.文中运用正交试验设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对P91耐热钢管道焊接的工艺参数进行优化没计,然后采用大型有限元分析软件ABAQUS对最优焊接工艺的焊接残余应力进行数值模拟,获得了P91厚壁管道焊接接头的残余应力分布状况.结果表明,焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次电弧电压、焊接电流和坡口间隙等.研究结果为优化高温管道焊接工艺,有效控制焊接残余应力提供了可能.     

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.     

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力.结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力.风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33％;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65％.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

压痕应变法测量焊缝应力时的近似修正方法；典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析；SS304半管夹套焊接部位残余应力三维有限元模拟；磁处理降低焊接残余应力中磁场方向的影响；16MnR钢板焊接对接接头残余应力磁记忆检测研究。     

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     

列车转向架侧梁焊接应力场数值模拟

利用有限元分析技术建立了列车转向架侧梁箱形焊接结构的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的TIG焊接过程进行了应力场的数值模拟。转向架侧梁焊接仿真结果表明,侧梁上四条焊缝不同层间采用不同的焊接顺序,其残余应力是不同的,随着焊接层数的增加其残余应力逐渐减小,说明选择合理的焊接顺序能够降低焊接结构中的残余应力;焊趾处的应力随时间变化的图形上有12个波峰,分别为焊接12道焊缝时对焊趾处的影响,其最大应力已经远远超过材料的屈服强度,并在冷却的过程中应力逐渐减小。转向架在焊后发生了一定的挠曲变形,主要变形为沿着y方向的变形,最大变形量为12.3 mm,x方向和z方向的变形比y方向的变形小了一个数量级。     

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     

双相不锈钢管道全位置焊接残余应力三维有限元数值模拟

以热弹塑理论为基础，利用ANSYS非线性分析有限元程序，对双相不锈钢管道接头环焊缝残余应力进行三维数值模拟。建立了管道全位置焊接瞬态温度场和应力场三维移动热源模型，获得了环焊缝焊接接头轴向和环向残余应力的分布规律：在管道接头内表面的焊缝及近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力，随着离开焊缝距离的增加，由拉应力逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力，而环向残余应力为拉应力。从环向位置上的应力变化规律可以看出正半周和负半周的应力分布具有明显的对称性。研究结果为优化生产工艺，控制残余应力提供了理论依据。     

焊接参数对异种钢接头热应力影响的数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS，对电站锅炉内使用的珠光体耐热钢G102和奥氏体不锈钢SUS304的异种钢接头的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟，并采用不同焊接参数及其焊后去应力热处理进行了对比性分析计算。在双道焊的数值模拟过程中，采用生死单元法，逐道激活焊缝参与计算。结果证明：双道脉冲焊时接头热影响区较窄，应力峰值较低。结果还表明焊后热处理能有效改善接头残余应力的分布状况。