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。     

基于超声波冲击的TC4钛合金焊接残余应力消除分析

为探究超声波冲击对中厚板TC4钛合金焊接残余应力控制效果，采用TIG多层多道焊方法制备12 mm厚对接试板，分别对焊接试板进行4,6,8次超声波冲击处理，采用盲孔法进行应力测试，得到冲击次数对残余应力的影响规律，并将最优冲击次数的残余应力与焊态和热处理态结果进行对比。结果表明：采用超声波冲击方法对焊缝附近残余拉应力具有显著的消除效果，随冲击次数增加，残余压应力区及压应力值逐渐增大，当达到峰值后继续增加冲击次数，压应力区及压应力值呈下降趋势；对比热处理方法不仅将消除原有残余拉应力，而且在焊缝区产生有益的压应力。     

高频冲击对0Cr18Ni9/GH4169焊接接头残余应力和性能的影响

对3 mm厚的0Cr18Ni9与GH4169试板进行氩弧焊对接焊接,之后对试板焊接接头及附近区域进行高频冲击工艺处理,采用盲孔法对焊接试板进行残余应力检测,通过拉伸和疲劳试验,对比了高频冲击工艺处理前后的0Cr18Ni9/GH4169异种钢焊接接头力学性能的变化。试验结果表明：未经高频冲击处理的试验焊接试件焊趾残余应力均为拉应力,经过高频冲击处理之后的试验焊接试件焊趾残余应力均为压应力;经过高频冲击处理之后的试验焊接试件的抗拉强度和疲劳寿命均有明显提升,但塑性基本无变化。     

钛合金热时效与超声冲击焊接应力消除研究

以TC4钛合金焊接试板为研究对象,采用盲孔法检测其焊接残余应力,然后分别采用热时效和超声冲击法消除焊接残余应力,并对比热时效和超声冲击消除焊接残余应力的效果.结果表明:热时效可以大幅降低焊接残余应力,残余拉应力消除率<100％,但不能产生压应力;相较于热时效,超声冲击具有较好的效果,残余拉应力消除率为100％,可以将有害的焊接残余拉应力转换为有利于疲劳强度和疲劳寿命的压应力.建议采用超声冲击消除钛合金焊缝的残余应力.     

基于计算机仿真的SUS304钢单面双点焊温度场和应力场研究

基于ANSYS软件,模拟了2 mm厚的SUS304钢双层板单面双点焊过程,实测了焊接接头熔核尺寸。结果表明,在预热阶段,上钢板温度较下钢板高,最高温度为356℃,钢板焊接区域均为压应力,而远离该区域则呈现拉应力,随着预热时间增加,上钢板与电极界面处的应力增大,上钢压应力值大于下钢板;在焊接阶段,随着焊接时间增加,焊接区温度迅速上升,峰值温度达到1 655℃,焊接区压应力逐渐减小,最终上下钢板应力分布逐渐趋于均匀。熔核形状模拟结果与实测结果吻合较好,表明所建立的模型可用于SUS304钢单面双点焊过程模拟。     

超声冲击处理对304L不锈钢焊接残余应力的影响

基于试验标定了不锈钢材料小孔法应力测试的应变释放系数,测试了6 mm厚304L不锈钢退火态试板超声冲击前后的应力以及氩弧焊对接接头超声冲击处理前后的应力,研究了超声冲击处理对不锈钢横向和纵向焊接残余应力的影响效果,分析了超声冲击应力和焊接残余应力的叠加效果。结果表明,超声冲击无应力304L试板后在其表面形成幅值达250 MPa分布均匀的压缩应力;焊接接头冲击区域由残余拉应力变为残余压应力,焊趾的应力集中现象消除;超声冲击后的应力状态与初始应力分布相关,且焊接接头超声冲击后应力不是焊接残余应力跟超声冲击应力线性叠加。     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

超声冲击对Q460高强钢焊接接头残余应力及组织性能的影响

以Q460高强钢焊接试板为研究对象,采用超声冲击处理接头表面,研究超声冲击对焊接残余应力及组织性能的影响。研究结果表明:超声冲击可以有效降低焊接残余应力,并使拉应力转化为压应力;超声冲击消除了焊缝与母材过渡区域的凹坑与尖角,焊趾处变得圆滑;超声冲击细化了表层晶粒,细化层深度约120μm;超声冲击后表面显微硬度提高了40 HV0. 2,硬化层深度约2 mm。     

某核电站焊缝手动与自动超声波冲击消应力效果分析

制作2块核电钢结构20 mm厚Q345B钢焊接试板进行3组超声波冲击试验,分析比较手动与自动超声波冲击对焊接残余应力的消除效果。研究结果表明:无论是手动还是自动超声波冲击处理都能够使得冲击区域内残余的拉应力转变为有益的压应力,且经自动超声波冲击处理后造成的残余压应力值比手动超声冲击处理大。     

余高去除对铝合金TIG焊接头残余应力的影响

利用超声波法测量了3 mm和5 mm厚船用5系铝合金TIG填丝焊接头去除余高前后的正面横纵向残余应力分布。结果表明,余高去除前3 mm厚试板与5 mm厚试板相比,近缝区由于变形较大释放部分应力导致纵向残余应力稍小;试板纵向残余应力分布曲线均为近缝区拉应力最高,试板两侧存在压应力区。去除余高后试板的纵向残余应力曲线均呈驼峰状,焊缝中心残余应力较低,近缝区达到残余应力最大值;余高的去除对于消除纵向残余应力没有太大影响,但可适当降低横向残余应力。     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

混流式转轮焊接工艺优化与局部压应力化的实现

焊接残余拉应力的存在是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一,焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能.采用数值模拟方法对混流式转轮焊接残余应力场进行了模拟,转轮出水边焊缝区域存在较高的残余拉应力,适当减小出水边焊段长度,可有效降低残余拉应力峰值.对转轮原有及优化焊接工艺下的焊接残余应力场进行了测试分析.结果表明,通过优化分段焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控,叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低,并转化为压应力,实现了转轮易开裂区域焊接残余应力的局部压应力化,从而有效提高转轮的抗疲劳性能.     

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.     

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.     

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。     

Microstructure,hardness and residual stress distribution in maraging steel gas tungsten arc weldments

Abstract

The distribution of residual stresses due to welding has been studied in maraging steel welds. Gas tungsten arc welding process was used and the effect of filler metal composition on the nature of residual stress distribution has been investigated using X-ray diffraction technique with Cr K_α radiation. Three types of filler materials were used, they include: maraging filler, austenitic stainless steel and medium alloy medium carbon steel filler metal. In the case of maraging steel weld, medium alloy medium carbon filler, the residual stress at the centre of the weld zone was more compressive while, less compressive stresses have been identified in the heat affected zone of the parent metal adjacent to the weld metal. But, in the case of austenitic stainless steel filler the residual stresses at the centre of the weld and heat affected zone were tensile. Post-weld aging treatment reduced the magnitude of stresses. The observed residual stress distribution across the weldments has been correlated with microstructure and hardness distribution across the weld.     

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.     

Internal residual stress measurement on inertia friction welding of nickel-based superalloy

The internal residual stress in the narrow inertia friction welding (IFW) welds of FGH96 nickel-based superalloy was measured with the contour method (CM). The as-welded internal hoop and axial residual stresses were obtained after two cuts and the detailed steps of the CM measurement were described. In addition, the hole-drilling method was used to obtain the surface stress. Furthermore, the internal hoop residual stress of a FGH96 superalloy IFW specimen after post-weld heat treatment (PWHT) was also measured with the CM after a single cut. The measured results show that the peak hoop residual stress is not symmetrical about the weld centreline. Axial residual stress on the outer surface at the weld centreline is compressive stress, while tensile stress appears on the inner surface, and it varies linearly along the thickness. The peak values of hoop tensile and compressive stresses decrease dramatically after PWHT.     

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.