2219铝合金TIG焊接头残余应力分布

利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头,分析了接头力学性能和微观组织。采用X射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布,并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明,该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区,最大横向拉应力和压应力分别为55 MPa和114 MPa,分别位于焊缝中部和起弧点;最大纵向拉应力为165 MPa,位于焊缝中部热影响区。接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态。     

马氏体相变对9%Cr热强钢管道多道焊接头残余应力演化的影响

使用有限元软件Abaqus计算了考虑马氏体相变影响时9%Cr钢管道多道接头中的应力演化过程,并分析了马氏体相变在应力演化中的作用。结果表明,在管道纵截面上,环向和轴向残余应力的分布相似,但环向残余应力较大。环向和轴向残余压应力的最大值均出现在末道焊缝及热影响区,残余拉应力的最大值则出现在管道中部的焊缝及热影响区,而管道内壁附近的残余应力较低。在末道焊缝附近,发生在较低温度下的马氏体相变不仅抵消了焊缝和热影响区热收缩所形成的拉应力,并且形成了显著的压应力,但马氏体相变并没有消除次表层焊缝显著的残余拉应力。末道焊道对多道焊接头残余应力的影响最大,其原因是马氏体相变虽然在先焊焊缝中形成了很高的压应力,但后续焊道的焊接热循环会显著降低该压应力,使最终结果表现为马氏体相变只显著地降低了末道焊缝及其热影响区内的拉应力,并形成了显著的压应力。马氏体相变对管道外壁附近残余应力的影响较大,而对管道内壁附近残余应力的影响较小。     

Zr702合金焊接接头在沸腾硝酸中的腐蚀行为研究

研究了采用钨极氩弧焊（TIG）焊接的Zr702合金焊接接头在8 mol/L沸腾硝酸中的应力腐蚀、电化学腐蚀、均匀腐蚀行为及其失效机理。结果表明：TIG焊接后,Zr702合金焊接接头熔合区和热影响区晶粒发生粗化;热影响区产生残余拉应力,平行于焊缝的残余应力达到179.68 MPa,垂直于焊缝的残余应力达到134.94 MPa。Zr702合金焊接接头的均匀腐蚀速率比母材高50%,这是由于组织内存在的残余应力会诱导合金溶解腐蚀。在拉应力的作用下,Zr702合金焊接接头表面的钝化膜沿着垂直于拉应力方向开裂,表现为明显的解理断裂特征,导致接头的应力腐蚀敏感性升高,存在应力腐蚀开裂的风险。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。     

焊接热输入对特厚板20MnNiMo焊接残余应力的影响

为了研究焊接热输入对8万吨模锻压机主缸材料20MnNiMo焊接残余应力的影响,制定了不同热输入条件下的焊接方案,并通过盲孔法对残余应力进行了测定.实验结果表明,焊接接头残余应力的分布和大小是随着焊接热输入的减小而不断变化的.当焊接热输入由27.3 J/cm变化到24.6 J/cm时,焊接接头焊缝区x方向残余应力减小16％;热影响区x方向残余应力减小33％,y方向残余应力减小52％;焊缝区x方向残余应力减小49％,y方向残余应力增加49％;其中,焊接热输入的变化对y方向残余应力影响最大.在相同焊接效率条件下,焊接热输入越小,材料20MnNiMo的焊接残余应力越小.     

焊接工艺对30mm厚Q690钢板焊接残余应力的影响

为了得到焊接工艺对30 mm厚Q690钢板焊后残余应力分布及大小的影响,实施了不同工艺条件下的焊接试验,并通过盲孔法对试板焊后应力进行测定,得到了不同工艺条件下的焊接残余应力。结果表明,在焊缝区,横向应力为压应力,最大为569 MPa,纵向应力为拉应力,最大为57 MPa;在热影响区,横向应力为拉应力,最大为143 MPa,纵向应力由压应力逐步变为拉应力,最大拉应力为75 MPa。焊材和焊接热输入对接头残余应力有一定影响,其中,焊接热输入增加,残余应力也逐步变大。采用"X"形坡口可以改善焊接接头残余应力分布,残余应力多为压应力,但残余压应力的存在会降低接头的局部稳定性,需进行焊后热处理,以减小其不利影响。在实际生产中优选药芯焊材和热输入为20.8 k J/cm的焊接工艺。     

喷丸改善Q235B焊接接头残余应力场的数值模拟

目的 建立随机喷丸模型,模拟喷丸改善Q235B焊接接头残余应力场.方法 首先,建立Q235B焊接接头模型,通过间接耦合法计算焊接残余应力.然后,将残余应力作为初始条件导入焊接接头喷丸模型,研究弹丸直径d、弹丸速度v、弹丸入射角θ和弹丸质量流量rm对焊接接头残余应力场的影响规律.最后,分析喷丸后焊接接头残余应力场的改善情况.结果 焊后焊缝横向残余应力 σx和纵向残余应力 σz分别可达227、196 MPa,调整喷丸参数可以消除残余拉应力并引入残余压应力.本仿真范围内,d=1 mm、θ=60°、v=60 m/s、rm=9 kg/min为最优喷丸参数,此时对于σx和σz,表面残余压应力分别可达–246、–275 MPa,最大残余压应力分别为–306、–310 MPa,最大残余压应力深度分别为0.24、0.27 mm,残余压应力层深度分别为0.78、0.66 mm.结论 无论是σx,还是σz,增大d和θ,最大残余压应力深度和残余压应力层深度显著增大;增大v,最大残余压应力、最大残余压应力深度和残余压应力层深度显著增加.因此,喷丸强化能够明显改善Q235B焊接接头残余应力场.     

激光冲击对45钢-40Cr钢焊接接头组织与性能的影响

为探讨激光冲击处理对45钢-40Cr钢焊接接头组织性能的影响,对激光冲击前后接头各区域的显微组织、残余应力与显微硬度进行了测试。结果表明:焊接接头经激光冲击后,焊缝区原有的马氏体组织在冲击波的作用下分解为细小的马氏体组织;冲击区域内焊缝区、热影响区以及母材区的残余拉应力都变为压应力,并且焊缝中心处有最大平均残余压应力-395 MPa;激光冲击使接头各区域的硬度值有不同程度的提高,热影响区附近提高了约60 HV0.3,焊缝中心提高了约40 HV0.3,且其硬度影响层深度都约为0.5 mm。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力的数值模拟

基于热-弹塑性相关理论,采用ANSYS的APDL语言编制焊接残余应力数值模拟程序,采用生死单元技术及间接耦合法模拟了典型焊接接头只焊一条焊缝、两条焊缝同时焊和两条焊缝分开焊三种模拟方法的轴向焊接残余应力σx。结果表明:采用不同模拟方法,典型焊接接头的变化规律一致,均在焊缝附近达到最大值;但采用不同方法得到的σx应力水平不同,两条焊缝的残余应力会相互影响,在进行相关研究时这种影响需要考虑在内。两条焊缝分开焊与同时焊相比,分开焊可以在一定程度上减小焊缝中心附近区域的轴向焊接残余应力,且在焊缝的凸面这种减小作用更加明显。     

大型升船机卷筒轮毂与轮辐焊接残余应力数值模拟

基于SYSWELD有限元软件,开发了热-弹-塑性非线性有限元计算方法。利用所开发的计算方法,模拟大型结构升船机轮毂与轮辐的焊接温度场和残余应力分布。轮毂与轮辐焊接时,由于焊缝为环状,焊接起始、结束位置存在明显的热端部效应。计算结果表明,焊缝周向残余应力的峰值达到480 MPa,高于材料的屈服强度;径向残余应力沿板厚方向呈现出"拉-压-拉"三层分布,并且高应力区主要分布于焊缝及其热影响区附近。此外,径向残余应力峰值达到350 MPa,低于周向残余应力。     

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场.绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算.结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于...     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。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，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

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.     

Effects of welding parameters on weld shape and residual stresses in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints

In order to estimate the residual stresses in Ti₂AlNb alloy jointed by electron beam welding (EBW), a computational approach based on finite element method was developed. Meanwhile, experiments were carried out to verify the numerical results. The comparison between the simulation results and measurements suggests that the developed computational approach has sufficient accuracy to predict the welding residual stress distributions. The results show that the central area of the fusion zone suffers tensile stresses in three directions. When the other parameters remain unchanged, the focus current has great impact on the weld shape and size, and then affects the residual stress level significantly. Moreover, the thick plate full-penetrated EBW weld suffers near 1000 MPa tensile stress of Z-direction in the center of the fusion zone. The wider weld has lower tensile stress in Z-direction, resulting in lower risk for cracking.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

基于同步辐射衍射技术的5A06铝合金焊接残余应力的测量研究

利用同步辐射X射线衍射技术测量了变极性等离子弧(VPPA)焊接5A06铝合金试样表面的残余应力,获得了该试样表面残余应力的分布规律,结合金相组织观察、EBSD、显微硬度测试等方法,分析了焊缝区、热影响区、母材区残余应力的产生及演化机制。结果表明:VPPA焊接5A06板材焊缝区晶粒粗大,热影响区晶粒细小,残余应力呈现出焊缝区域为压应力,热影响区为拉应力的"M"形状;在垂直于焊缝(TD)方向上存在75.79MPa的最大拉应力和159.34 MPa的最大压应力;在平行于焊缝(LD)方向上存在132.33 MPa的最大拉应力和89.38 MPa的最大压应力。相比于传统X射线仪器测量获得的残余应力变化趋势,同步辐射衍射测量的残余应力分布趋势与试样不同焊接区域显微硬度的变化趋势更加吻合。实验结果表明,相比于传统的X射线仪器测量残余应力,同步辐射X射线衍射测量的残余应力数据一致性更好。     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.