数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

AISI304不锈钢管环焊缝和纵焊缝的焊接残余应力数值模拟

运用SYSWELD软件对AISI304不锈钢管的环焊缝和纵焊缝的残余应力进行了数值模拟,并与试验结果进行对比,验证了模拟结果的准确性;分析了焊接速度及预热温度对环焊缝和纵焊缝残余应力的影响。结果表明:无论是环焊缝还是纵焊缝,在管道外表面的焊缝及近焊缝区域,环向残余应力为拉应力,轴向残余应力为压应力;随着距焊缝中心距离的增大,环向残余应力转变为压应力,轴向残余应力转变为拉应力。环向、轴向残余应力随焊接速度和功率的增大而增大,随预热温度的增大而降低。     

低碳钢管道焊接残余应力有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析有限元程序,对低碳钢管道环焊缝接头焊接残余应力进行有限元分析。在热弹塑性分析中考虑了材料热物理和力学性能依赖于温度变化。结果表明：在管道接头内表面焊缝中心及近缝区轴向和环向残余应力均为拉应力,随离开焊缝距离的增加,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力为压应力,而环向残余应力为拉应力。计算预测值和实侧值基本一致,表明有限元法能够经济而有效地预测管道环焊缝接头的焊接残余应力。     

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。     

超临界锅炉机组过热器用Super304H钢管道TIG焊接有限元分析

基于ANSYS软件平台,建立了Super304H钢管道TIG焊接的有限元数值分析模型.采用单元生死的热源模式进行加载,获得了焊接温度场分布规律.利用温度-应力间接耦合的方法计算了焊接残余应力场.结果表明:在焊缝及附近区域,管道外表面的环向和轴向残余应力均为压应力,管道内表面为较大的残余拉应力.在焊趾处,管道内表面的环向残余应力最大值约260MPa,轴向残余最大值约230MPa.     

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。     

机械复合管焊接接头残余应力分析

对端部经不同处理且管径不同的L415/316L机械复合管进行端部对焊,采用压痕法应力测试系统测量了对焊后的机械复合管外表面焊缝区、近缝区和母材区的焊接残余应力。结果表明,机械复合管外表面的焊接残余应力在焊缝区、近焊缝区及母材区都为拉应力。相同直径的机械复合管,经内堆焊处理后管道外表面在焊缝区和近焊缝区的残余应力高于经封焊处理后管道外表面在焊缝区和近焊缝区的残余应力。端部经相同工艺处理后的机械复合管,随着管道管径的增加,焊缝区和近焊缝区的残余应力增加。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

基于轮廓法测试惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法测试小尺寸镍基高温合金惯性摩擦焊接头的内部环向应力、中等尺寸惯性摩擦焊接头内部环向和轴向应力;分析惯性摩擦焊接头内部环向和轴向残余应力分布特征. 结果表明,轮廓法能测试小尺寸及窄小焊缝试件的内部残余应力,能反映出窄小焊缝内部的大梯度焊接残余应力全貌;惯性摩擦焊接头的环向应力沿轴向变化剧烈,沿环向分布均匀,沿厚度分布不均匀;焊缝中心位置外表层区域环向应力小于内表层区域环向应力;焊缝中心外表面轴向应力为压应力,而内表面轴向应力为拉应力,且轴向应力沿厚度呈线性变化.     

核电管道安全端异种金属焊接接头表面堆焊的有限元分析

根据热弹塑性有限元分析原理,建立核电管道异种金属焊接接头表面堆焊修复的有限元模型。应用ANSYS软件模拟某核电厂稳压器安全端接管堆焊修复试验过程,计算分析焊接温度场和应力场及焊接残余应力。结果表明,焊接过程中的不均匀热过程直接引起了复杂的应力状态。焊接过程中,环向应力变化比轴向应力快,环向残余应力比轴向残余应力大。堆焊后,在原管道内表面原焊缝附近形成了压缩残余应力,沿半径方向残余应力由拉应力逐渐向压应力过渡。     

钢管混凝土拱桥大管径拱肋环焊缝焊接数值模拟

为了研究大管径拱肋环焊缝焊接接头残余应力分布规律,用ANSYS软件对直径1 400 mm,厚度26 mm的拱肋环焊缝进行了焊接温度场及应力场数值模拟. 分析了焊接过程的温度分布云图及应力分布云图,获取了特征节点的热循环曲线,分析了焊后内外表面各残余应力分布情况及内表面残余应力形成过程. 结果表明,等效残余拉应力峰值出现在钢管内表面焊缝底部. 焊后径向和环向残余应力在内、外表面大部分区域形成压应力,轴向残余应力在内、外表面形成拉-压相间的应力分布,等效残余应力在内、外表面均为拉应力. 残余应力形成过程中,第2 ~ 7层的径向、环向、轴向及等效残余应力曲线与第1层径向、环向、轴向及等效残余应力曲线相比,除在波峰及波谷处有较小变化外,其它区域残余应力几乎不变.     

AP1000核电站主管道自动焊接头残余应力分析

采用X射线衍射法对AP1000核电站主管道自动焊接头进行应力演变及焊后残余应力测试。分析讨论管道内壁及外壁的环向及轴向残余应力分布。结果表明:管道内壁近缝处环向残余应力值先增大后减小并逐渐稳定,而远缝处残余应力则保持缓慢上升并逐渐稳定。焊后状态下,管道外壁轴向残余应力随着远离焊缝,先减小后增大至母材水平,而环向残余应力则先上升后下降。     

铍环激光束钎焊过程的数值模拟

采用MARC软件对铍环激光束钎焊过程的温度场和应力场进行有限元分析，温度场分析得到与铍环实际激光束钎焊基本一致的焊缝形状，应力场分析表明，焊接后轴向应力和环向应力在焊缝中心的钎料上为压应力，在铍玻外表面热影响区的内表面均为拉应力，径向应力为压应力，焊接残余应力主要分布在离焊缝2mm的范围内，焊接后铍环内外表面发生径向收缩，将有限元分析得以的铍坏外形面的轴向残余应力结果与实测结果进行了比较，二者所反映的应力变化趋势基本一致。     

超声波测定摩擦焊接头残余应力

采用１５ＭＨｚ超声聚焦探头对４５号钢摩擦焊接头进行试验检测,根据有限弹性变形理论建立了超声波测定摩擦焊接头残余应力的计算模型,并计算出接头中轴向残余应力和径向残余应力的分布规律。结果表明,摩擦焊接头焊缝区和近缝区的轴向残余应力为压应力,而远离焊缝区域为拉应力;接头内径向残余应力在轴心处为压应力,随着远离轴心逐渐由拉应力变为压应力,在接头边缘区域为拉应力。试验结果还表明材料的各向异怀对超声波测定摩擦     

核电SA508-3钢大型筒体环焊残余应力分析

为了准确地预测核电SA508-3钢的大型筒体环焊温度和残余应力变化规律,基于ANSYS有限元软件,引入子结构法优化焊接模拟过程,并比较模拟结果与试验数据.结果表明,文中采用的计算方法成功地模拟了更加接近真实的筒体环焊过程,且模拟结果与实测值基本吻合;焊缝上所有节点的热循环曲线相似,热影响区的模拟宽度为4 mm左右;筒体外表面焊缝中心线上任意节点的残余应力大小相近,仅在靠近筒体外表面焊缝中心线附近存在一定的轴向压应力,其它区域大部分为拉应力,环向保持较高的拉应力;筒体焊后产生内凹残余变形;结果可为分析大型筒体环焊残余应力提供参考数据.     

耐热钢厚壁管环焊残余应力的有限元分析

以热-弹塑性理论为基础，建立了厚壁管环焊残余应力的二维轴对称有限元模型，利用ANSYS有限元分析软件，模拟了耐热钢厚壁管环焊对接的应力分布。结果表明，焊缝内表面及其附近处的轴向应力和环向应力均是拉应力，而外表面是压应力，接头处内表面应力水平高于外表面；径向应力数值远低于环向应力和轴向应力；各方向残余应力的最大值均位于距管道外表层一定距离处，其数值大小接近于材料的屈服点应力。     

X80管道环缝焊接残余应力数值模拟

利用ABAQUS软件对直径1 016 mm的X80天然气管道进行单层单道、4层4道与6层6道环缝的焊接模拟,研究管道的壁厚一定时,随焊接层数的变化,管道内、外表面轴向和环向焊接残余应力的变化趋势;随后对管道进行焊后热处理的模拟,考察经过热处理工艺后的残余应力变化规律.研究结果表明,当焊接层数增加时,环焊缝截面高应力区域...     

P92钢管焊接温度场和残余应力数值模拟

基于ANSYS大型有限元分析软件,建立了合适的有限元模型,对SA335-P92钢管的焊接残余应力进行了模拟,并将残余应力模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明,在焊接态下,焊缝区域周向残余应力呈拉应力状态,拉应力最大值出现在热影响区,焊缝轴向应力呈压应力状态,往两侧靠近母材的热影响区应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随着距离焊缝中心距离的增加,残余应力水平均逐渐降低;热处理态下,焊缝区域周向残余应力分布规律与焊接态相似,焊缝轴向应力则由焊接态时的压应力变为拉应力,两侧热影响区由拉应力变为压应力,应力水平均较焊接态时明显降低;残余应力分布模拟值与实测值分布规律基本吻合,数值上略有差异,所建立的模型能较为准确的模拟焊后残余应力分布规律。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力的数值模拟

基于ANSYS平台对油浆蒸发器伸出管板角接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布,成功的解决了焊缝的环形行走和不同部位之间的热传导问题.有限元分析结果表明.接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,高应力危险区集中在焊缝周围的管板热影响区.本文焊接条件下管接头环焊缝最大径向焊接残余应力出现在临近焊接热影响区的焊缝根部,对导致出现应刀腐蚀开裂起主要作用.合理的预热措施使最大环向焊接残余应力降低20%左右,同时管桥表面应力也得到明显改善,这就有效降低了管板表面出现应力腐蚀开裂的风险.     

换热器管与管板接头焊接残余应力的有限元分析

基于ANSYS平台对换热器伸出管板角接头和平焊接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布.有限元分析结果表明,接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,最大等效应力出现在焊根处.本文焊接条件下管接头环焊缝在焊接热影响区位置上径向为压应力,环向为拉应力,这种径向受压,环向受托的应力状态下更容易引起径向裂纹的萌生和扩展.