焊接工艺参数对角焊缝残余应力的影响

以Q345钢作为试验材料,研究了CO_2焊焊接机器人焊接电流和焊接速度对角焊缝焊趾及焊缝中心处残余应力的影响。研究结果表明:当焊接工艺参数相同时,角焊缝的中心和焊趾处的残余应力水平无明显差别;当电弧电压和焊接速度一定时,增大焊接电流会导致焊缝中心和焊趾处的残余应力水平;当电弧电压和焊接电流一定时,提高焊接速度会导致焊缝中心和焊趾处的残余应力水平。可以根据热输入对焊接残余应力的影响,选择最佳的焊接工艺参数组合。     

超声冲击对焊接结构残余应力的影响

以Q345钢结构箱型柱为对象，研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响。对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验，其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺。残余应力测量表明，采用冲击工艺，可以在焊缝表面一定深度(小于3mm)下产生压应力，最高测得-134MPa；焊趾冲击不但使焊趾表面产生压应力，也降低了焊缝的残余应力。对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示，在盲孔法测量的深度范围内，超声冲击可降低焊缝最大主应力约34％～55％。     

超声冲击对球笼-法兰焊缝残余应力场的影响

为研究超声冲击处理对传动轴总成球笼-法兰焊缝表面残余应力的影响,采用超声冲击强化对球笼-法兰激光焊接焊缝进行了焊趾冲击和全覆盖冲击试验。分析了超声冲击前后裂纹产生原因,测试了焊趾冲击和全覆盖冲击前后残余应力值。残余应力测量结果表明,采用冲击工艺,可以在焊缝表面一定深度下产生压应力,最高测得-237MPa。全覆盖冲击后焊缝整体处于压应力状态下,焊缝中心残余压应力进一步增大;焊趾冲击后,焊缝中心应力值没有较大变化,焊趾处压应力值增大。经超声冲击后,组织发生塑性变形形成了高位错密度的包状结构,这个高位错密度的表面层能够有效阻碍表面应变层底部的晶体在交变应力作用下向表层滑移,抑制表面裂纹产生。     

激光冲击载荷对低合金钢焊件残余应力场的影响

焊接结构的高峰值残余拉应力场会导致焊件整体力学性能下降,提出采用激光冲击处理(Laser Shock Processing,LSP)对低合金钢Q345B焊接结构进行强化,提高其力学性能和抗疲劳性能。数值分析了激光冲击焊缝的过程,并对其进行了试验验证。结果表明:低合金钢Q345B焊件的焊缝部位存在着高峰值的残余拉应力,且分布不均匀,经过激光冲击之后,焊件的力学性能得到明显提高。冲击点区域引入残余压应力,焊缝处的高峰值残余拉应力经过LSP之后转变成残余压应力,且双面冲击引入的残余压应力相对于单面冲击提高了104%。试验结果和模拟结果吻合度良好,为低合金钢Q345B焊件的性能提高提供了新方法。     

改善低合金高强钢焊接残余应力研究

利用盲孔法,研究了退火热处理和超声冲击对Q690焊接接头残余应力及性能的影响。结果显示,经退火热处理后,接头的纵向和横向残余应力最大消除率分别为89%和80%,拉伸性能未发生明显变化,焊缝和热影响区的冲击功分别下降9和22 J;经超声冲击处理后,冲击区呈现压应力,接头的纵向和横向残余应力最大消除率可达150%和153%,接头的抗拉强度提高了74 MPa,焊缝和热影响区的冲击功也分别提高了8和13 J。可见,在消除焊接残余应力方面,超声冲击更加具有优势。     

实时超声冲击消减焊接残余应力

为了消减焊接残余应力,在焊接时对熔池后方焊缝的背面进行超声冲击.结果表明,实时超声冲击能够有效地消减焊接残余应力,其消减焊缝纵向残余应力比消减横向残余应力的效果显著.当在弹塑性转变温度区进行冲击,且冲击头直径较小、形状为球冠形时,消减焊接残余应力的效果更好.实时超声冲击消减焊接残余应力的机理是:在焊缝背面施加超声冲击能使焊缝正面产生拉伸塑性变形,抵消更多升温膨胀时所产生的压缩塑性变形,从而消减焊后的残余应力.     

焊缝强度不匹配对残余应力的影响

基于热弹塑性有限元法,开发顺次耦合焊接残余应力计算程序,对Q345R钢焊接残余应力进行分析,讨论焊缝强度不匹配对残余应力的影响.结果表明,焊缝强度对残余应力影响较大.当焊缝屈服强度与母材相同时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度.当焊缝屈服强度高于母材强度时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度,热影响区纵向残余应力高于母材屈服强度.且随着焊缝强度增加,热影响区纵向残余应力增加.     

T2-Y/Q345异质材料焊接残余应力及变形数值模拟

利用ANSYS有限元软件基于APDL命令流对T2-Y/Q345异质材料平板对接接头的温度场、残余应力和横向收缩进行数值模拟计算. 同时,对焊接接头的温度、残余应力及横向收缩进行测量. 结果表明,与T2-Y侧相比,Q345侧存在较大的温度梯度. 沿焊缝方向,T2-Y与Q345侧横向应力和纵向应力分别为双驼峰状和帽状分布. 在垂直于焊缝的中央界面的上表面,纵向应力与横向应力在焊缝和热影响区的应力分布均不连续,并在Q345侧存在较大应力梯度. 此外,T2-Y/Q345横向收缩最大位置位于焊缝中间部位,且向两端逐渐减小. 数值模拟结果与试验结果相对比,两者基本吻合,验证了ANSYS有限元计算的可靠性.     

基于SYSWELD的T型接头应力场数值模拟及实验验证

基于SYSWELD软件对Q345D结构钢TIG焊的T型接头的应力场和焊接组织进行数值模拟。应力场模拟结果如下:焊缝处应力为拉应力,热影响区应力为压应力,翼板两侧处应力为拉应力。对热影响区进行相组织模拟,发现焊缝处存在大量马氏体相等组织,并通过实验验证了数值模拟结果的正确性。结果表明,Q345D结构钢TIG焊时,热影响区残余应力为压应力,其原因是热影响区发生了马氏体相变,且马氏体转变造成的体积膨胀而引起的压应力大于冷却收缩所引起的拉应力。     

超声波冲击处理和焊后热处理对大厚度核电结构用钢焊接残余应力的影响

制造了核电结构用钢Q390B和Q345D大厚度焊接试板,采用小孔法和X射线衍射法(XRD)测试试板经超声波冲击处理前后及焊后热处理的表面残余应力,比较超声波冲击处理和焊后热处理对大厚板焊接残余应力的影响。研究结果表明:大厚度试板经覆盖焊缝和母材的超声波冲击处理后,焊缝表面横纵应力由高达400~550 MPa的拉应力降低至-200~-400 MPa的压应力,应力下降幅值达到700~800 MPa,未冲击区域的焊接应力不受影响;热处理后母材和焊缝的表面横纵应力分布均匀,最大拉应力幅值小于100 MPa,应力下降幅度为400 MPa左右。     

Residual stress variation in a thick welded joint after ultrasonic impact treatment

The effects of ultrasonic impact treatment (UIT) on the residual stress within a 45?mm-thick high-strength steel welded joint were investigated. The internal residual stresses after UIT was measured with contour method and compared with the as-welded stresses simulated by finite element method. The surface stresses were also measured by X-ray diffraction method and hole-drilling method to validate the simulation model. Results show that UIT introduces compressive stress layer in the weld zone and has the same effect on the longitudinal and transverse welding stresses; the interior stresses increase and demonstrate more uniform distribution after UIT; UIT would not affect the initial compressive stress presented far away from the weld zone.     

Influence of the repair length on the residual stress in P92 steel repair welds

Based on the SYSWELD software, a 3D finite element simulation is performed to investigate the temperature field and residual stress in the repair weld process of P92 steel plates. The results show that large tensile residual stresses are generated in the repair weld and the heat-affected zone(HAZ), which gradually decrease with distance in the surrounding base metal. With an increase of the repair length,the transverse residual stress decreases in the middle of plate surface, the HAZ and the wel...     

补焊长度对P92补焊残余应力的影响

基于有限元模拟软件SYSWELD,通过建立P92钢板补焊过程的三维有限元模型,计算了补焊过程的温度场及应力场分布,讨论分析了不同补焊长度对残余应力分布的影响. 结果表明,无论是横向还是纵向残余应力,较大的拉应力水平都出现在焊缝和热影响区附近,同时在母材处应力值逐渐降低. 随着补焊长度的增加,横向残余应力在结构表面中心,热影响区和焊缝位置均存在下降趋势. 对于纵向残余应力来说,随着补焊长度的增加,应力值在焊缝位置呈下降趋势,而结构表面中心和热影响区变化较小.     

超声冲击工艺对16MnR十字接头表面质量的影响

目的提高焊接接头的表面质量。方法采用超声冲击方法对16Mn R十字接头焊趾处进行冲击处理,对原始焊态及不同冲击工艺参数下的焊趾表面质量进行了对比测试及比较分析。结果冲击后,焊接接头焊趾处过渡半径增大,母材与焊缝过渡趋于平缓。焊趾表面组织得到明显细化,细化层深度及细化程度随冲击工艺参数的变化而变化。冲击后焊趾处由焊态的拉应力状态转变为压应力状态,表面显微硬度大幅提高。在1.5 A/20 min冲击工艺下,焊趾处的残余压应力最大(为269.8 MPa),表面显微硬度最高(为340.5HV)。同时,经超声冲击后,表面粗糙度有增大的趋势,而且不当的冲击会使接头表层出现不同类型的缺陷,从而影响焊接接头整体的表面质量。结论接头表面质量不仅取决于冲击时间、冲击电流,还取决于单道冲击过程中冲击点与冲击点之间及多道往复冲击过程中冲击道与冲击道之间的位置及连接的紧密程度,而且并不是所有表面质量指标都与超声冲击参数正相关或线性相关。     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

A-UIT处理对7075铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元分析软件,建立了7075铝合金激光焊的热-力耦合模型;随后利用数值传递法,建立了焊接及超声冲击处理耦合模型;在此基础上引入时效处理的热-力耦合模型,建立焊后A-UIT处理模型,分析了不同处理方法下残余应力分布情况及特点,旨在研究不同处理方法对7075铝合金焊接残余应力场的影响. 结果表明,A-UIT处理能够显著改善焊缝及附近区域的残余应力分布,焊缝中心位置表面纵向残余应力由焊后的180.21 MPa转变为?150.26 MPa,转变率高达183.4%,且相较于单超声冲击处理,A-UIT处理可以缓解超声冲击直接作用区附近的残余拉应力集中问题.     

Stress relaxation due to ultrasonic impact treatment on multi-pass welds

Ultrasonic impact treatment (UIT) is a relatively novel technique applied to the toe of welded joints to improve the fatigue life by changing the weld geometry and the residual stress state. In this study, the stress relaxation due to ultrasonic impact treatment is investigated on a six pass welded high strength quenched and tempered steel section. Stress measurements in two orthogonal directions were conducted by energy dispersive synchrotron X-ray diffraction. Results show that the application of only ultrasound to a welded component re-distributes the residual stresses more uniformly, while mechanical impacts in combination with ultrasound is an effective way to release the residual stresses. After welding, diffraction peak broadening due to the lattice distortion, characterised by the full width at half maximum (FWHM), is observed in the region of the weld toes. Ultrasonic impact treatment reduces the FWHM at these locations.     

Residual stress in a restrained specimen processed by post-weld ultrasonic impact treatment

ABSTRACT

A multipass thick welded specimen restrained by three saddle-shape plates welded to the bottom surface was prepared and treated using the post-weld ultrasonic impact treatment (UIT). The stresses in the specimen were measured and analysed. Results show that the as-welded stresses on the top surface of the restrained specimen do not drop quickly beyond the weld zone as compared with the typical welding stress distributions in thick unrestrained specimens. The UIT induces compressive stresses with a depth up to 2–4?mm and it has little effect on the as-welded stresses outside of the UIT-treated region. The welding of restraining plates causes a significant increase of the longitudinal stress within the local welding region.     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.