强化应力及预强化处理对平板焊接残余应力的影响

根据06Cr19Ni10奥氏体不锈钢材料的室温拉伸试验结果,采用ANSYS有限元软件对不同屈服强度下平板焊接过程及焊后强化过程进行了数值模拟分析。结果表明,焊后强化并不能完全消除焊接残余应力,但可以显著改善焊接残余应力的分布;对不同强化工艺下平板的焊接残余应力进行比较,指出对材料进行预强化处理更有利于改善焊接残余应力。模拟分析结果可为应变强化工艺参数筛选提供一定的参考。     

奥氏体不锈钢焊接残余应力的数值模拟与测定

奥氏体不锈钢因其低导热性和大膨胀系数,会导致较高的焊接残余应力。由于通常情况下奥氏体不锈钢不作焊后热处理,探究其焊接残余应力对设计制造及后续安全评定有着重要意义。使用有限元数值模拟、X射线衍射法、应力释放法三中方法针对奥氏体不锈钢焊接残余应力分布展开研究,并比较了三中方法的特点和适用情况,分析了实验值和模拟计算结果之间产生差异的原因,并认为304奥氏体不锈钢的最大焊接残余应力接近甚至超过材料的非比例延伸强度。     

焊接顺序对6061-T6铝合金矩形焊缝焊接残余应力及变形量的影响

以热弹塑性有限元法为基础,结合热-力耦合的算法建立有限元模型,采用Abaqus软件对薄壁6061-T6铝合金矩形型材进行焊接模拟;模拟了不同焊接顺序对铝合金型材残余应力及焊接变形量的影响,得到了最优的焊接顺序。结果表明:在矩形焊接时焊缝所在平面上产生的最大残余应力为拉应力;选择对称焊接工艺可以有效降低铝合金型材焊接后的残余应力,增强焊件的焊后稳定性;从较长的焊接路径开始焊接,能够减小焊接变形量。     

焊接参数对不锈钢件残余应力的影响

主要探讨焊接过程中脉冲参数与氮气含量对奥氏体不锈钢焊件残余应力的影响。试验选用304与310两种奥氏体不锈钢,焊接方法采用钨极惰性气体保护电弧焊,采用盲孔法测量不锈钢焊件残余应力值。试验结果表明,较高的脉冲频率、较小的脉冲间距、较高的振幅比及较高的持续时间比等脉冲参数均可降低奥氏体不锈钢焊件残余应力值。此外,少量添加氮气将会提高焊接热输入量,会造成不锈钢焊件残余应力值的增加。通过试验比对发现,在同一焊接参数条件下,310不锈钢比304不锈钢有较大的残余应力。     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

奥氏体不锈钢纵向焊接残余应力分布的有限元模拟

以LED集鱼灯基板与灯壳的搭接接头为例,建立了热力学耦合的三维有限元模型,运用SYSWELD焊接专业软件,对316L奥氏体不锈钢薄板焊接件在不同焊接条件下纵向残余应力分布进行有限元模拟与分析,研究了预热温度和焊接顺序对纵向残余应力分布的影响,并将模拟结果与实测结果进行了对比。结果表明:采用预热可以有效降低焊接件的纵向残余应力;随着预热温度的升高,纵向残余应力降低;焊接顺序对纵向残余应力的影响不大;模拟结果与实测结果比较吻合,验证了计算用模型的准确性。     

基于MSC.Marc的多道焊数值模拟

桥梁和船舶制造业一直受到焊接残余应力和变形所导致的生产费用提高、延误工期问题的困扰，研究焊接残余应力和变形具有重要的工程实际意义。本文利用有限元分析软件MSC．Marc对平板对接多道焊进行了实时三维数值模拟，得到了焊接温度场、焊后残余应力分布以及变形，并对模拟计算结果进行了定性分析。     

喷丸三维残余应力场的有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了在相同喷丸强度下玻璃丸和钢丸两种类型弹丸喷射所产生的残余应力场。模拟过程中,分析了线性减缩积分单元的沙漏参数、材料的应变硬化率、喷丸覆盖率以及初始残余拉应力等因素对304不锈钢靶材残余应力分布的影响。从计算结果可以看出,钢丸喷丸产生的残余压应力层较深,但在高覆盖率时,玻璃喷丸产生的残余压应力的平均值比钢丸喷丸处理后产生的大。在有初始残余拉应力(250 Mpa)存在的情况下,两种类型的喷丸处理均能使304不锈钢靶材表面形成残余压应力层,这说明喷丸工艺可以提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力。本研究成果为进一步探讨喷丸强化不锈钢焊接头抗应力腐蚀性能的机理奠定了基础。     

油浆蒸汽发生器管板应力槽结构参数研究

由于工作环境恶劣,油浆蒸汽发生器经常发生管板及管头应力腐蚀开裂,造成停车、停产等重大事故,为了改善管头部位的焊后残余应力,研究并应用了一种新型的减应力槽结构。在某一减应力槽专利的基础上,借助ANSYS数值模拟软件,验证减应力槽降低焊后残余应力的作用,同时通过控制变量的手段,进一步研究减应力槽的槽深、槽宽及倒角等3个结构参数对油浆蒸汽发生器管头部分应力分布的影响,进而得出结论。模拟过程中模型的材料参数、热源参数和焊接工艺参数均取自实际生产,边界条件等的设定也与实际生产吻合,因此分析所得结论具有较高的可靠性,可为减应力槽的研究及实际加工提供借鉴与指导。     

SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40 mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的“热-弹-塑性有限元”计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的“热-弹-塑性有限元方法”的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。     

基于SYSWELD激光焊焊接应力应变场数值模拟

在ITER国际热核聚变试验堆的校正场线圈研制过程中,校正场线圈盒采用激光焊接方法进行装配,但是由于线圈盒尺寸较大、结构复杂以及坡口精度高,激光多层焊接工艺应用于线圈盒装配难度较大。为此,文中利用SYSWELD专用焊接软件进行焊接数值模拟,分析得到316LN奥氏体不锈钢焊接过程中的瞬态应力场分布云图和残余应力分布情况。表明采用有限元技术可以掌握焊接过程中应力的分布规律和变化特点,对于控制焊接变形和提高焊接质量提供理论依据。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

核电站接管安全端异种金属焊接接头残余应力预测的研究现状

接管安全端异种金属焊接接头是压水堆核电站中连接主设备低合金钢压力容器接管嘴与不锈钢管道的一种典型结构,易发生一次侧应力腐蚀开裂,而焊接残余拉应力是造成此种应力腐蚀开裂的主要因素之一.因此,准确评估接管安全端异种金属接头的焊接残余应力分布至关重要.通过有限元模拟研究焊接残余应力旨在保障核电设备的结构完整性.介绍了接管安全端异种金属焊接接头的结构、材料与焊接工艺特点,综述了有限元模拟方法预测异种金属焊接接头残余应力分布的数值计算工作和典型流程,以及诸多因素对有限元模拟异种金属焊接接头残余应力的影响.     

48m~3液氨贮罐焊接残余应力测试与分析

焊接残余应力往往影响压力容器的疲劳强度、脆性断裂、应力腐蚀等。为了掌握48m~3液氨贮罐未经热处理和经整体焊后热处理后的焊接残余应力大小及分布状况,我们分别对其进行了现场实测。     

铝合金薄板焊后碾压控制焊接应力变形的数值模拟

采用三维弹塑性有限元法对铝合金薄板的焊后冷碾压过程进行数值模拟,研究焊后冷碾压工艺对铝合金薄板焊接残余应力重新分布的影响以及矫正焊接变形的效果。通过建立两种不同的碾压计算模型发现,在碾压计算过程中只有考虑焊接残余应力场的影响,才能得到与试验测量结果相一致的碾压后残余应力分布。研究结果可用于实际碾压工艺的优化。     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。     

冷却剂泵壳与蒸汽发生器焊接过程数值模拟

为了解决核反应堆冷却剂泵(RCP)泵壳与蒸汽发生器(SG)焊接的变形超差问题以及减少焊接过程缺陷的产生,基于Sysweld焊接有限元模拟软件对RCP泵壳与SG产品模拟件焊接过程进行了模拟分析,获得了模拟焊接变形数据,同时采用1∶1模拟焊接件对模拟分析结果进行验证,确保模拟结果的准确性,并且通过有限元分析手段获得了焊接后残余应力以及热裂纹敏感区域的分布情况。结果表明,通过Sysweld软件对RCP泵壳与蒸汽发生器产品的焊接过程进行模拟,可获得较为准确的变形数据;焊接后模拟件外表面焊缝区域会产生塌陷,在工艺上需预留合适的机加焊接余量,或者在完成对接后对该区域进行尺寸还原补焊。对接后,镍基隔离层热裂纹敏感性最大,在实际焊接过程中应重点控制该区域的高温停留时间以及杂质元素含量。焊缝(包括部分热影响区)以及内外表面靠近焊缝区域(包含焊缝)残余切应力较大,后续承载工作压力时相对更加危险、薄弱,其抗应力腐蚀能力也相应降低,实际工况中应给予重点关注。     

脉动真空灭菌器内腔开裂原因分析

采用宏观检查、扫描电镜、金相检验、工作应力测试、残余应力分析等方法,对脉动真空灭菌器内腔开裂原因进行综合分析。结果表明,应力腐蚀是造成脉动真空灭菌内腔开裂的直接原因,鉴于脉动真空灭菌器工作条件及使用环境具有不可避免的腐蚀介质,因此脉动真空灭菌器内腔较高的焊接残余应力是造成应力腐蚀的主要原因。     

带过渡层双相不锈钢带极电渣堆焊管板工艺

应用于煤炭间接液化项目中的低压闪蒸冷凝器和真空闪蒸冷却器的壳程属于湿硫化氢腐蚀环境,要求所有与介质接触的材料(包括管板)均应进行焊后消除应力热处理。直接以双相不锈钢堆焊的管板不能进行600~700℃的常规热处理。为了消除管板堆焊后的残余应力,可采用以奥氏体不锈钢作为过渡层,热处理后再堆焊双相不锈钢耐蚀层的工艺。焊接工艺评定试验结果表明,以奥氏体不锈钢H309LMo为过渡层,以双相不锈钢H2209为耐蚀层的带极电渣堆焊工艺,既可满足管板的热处理要求又满足堆焊层的耐蚀性要求。     

电机导条端环的感应焊接有限元分析

感应焊接工艺所带来的残余应力降低了电机焊接部位的强度,针对该感应焊接的工艺过程和工艺参数进行简化模拟仿真,得到了焊后残余应力场。借助ABAQUS仿真软件对简化后的电机几何模型建立旋转周期对称有限元模型,然后利用生死单元技术模拟焊料填充导条与端环缝隙的加热过程和焊后冷却至室温的过程。仿真后可知:用ABAQUS软件可以对电机感应焊接整个制造工艺进行全过程模拟,并得到各部件的焊后残余应力场。其中,导条与端环之间的初始安装间隙量δ和焊接顺序共同影响导条和焊料各应力大小,而导条径向应力分量S11对于间隙量δ改变的敏感度最大。综合导条和焊料各应力值大小及敏感度,得到间隙量δ变化范围在0. 40～0. 60 mm时,导条和焊料的应力值变化率控制在5%以内,且应力值较小。随着焊接的进行,焊接B端后可使A端的应力最大值减小,而在焊接B端后,A端和B端的应力值大小比较随间隙量的大小而定。