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。     

TC4钛合金薄板激光焊接变形的有限元模拟

建立了TC4钛合金薄板激光焊接模型,采用有限元方法分析了板宽对焊接残余应力及失稳变形的影响。结果表明:最高纵向残余拉应力出现在焊缝中心两侧的热影响区;随着板度增大,平均残余压应力和临界失稳力降低;沿着焊接方向的钛合金薄板失稳变形程度随板宽的增加而减小,而垂直于焊接方向的失稳变形程度随板宽的增加而增大;当板宽为120mm时,其失稳变形程度呈马鞍形分布,当板宽为320mm时,马鞍形变形分布特征消失;钛合金薄板失稳变形的z向位移试验值与模拟结果的相对误差为8%,证明模拟结果较准确。     

超大型容器牛眼式局部焊后热处理模拟分析与工程应用

大型容器插入板与筒体传统牛眼式局部焊后热处理易发生开裂,通过有限元模拟方法分析了大型插入板与筒体焊接接头焊后热处理过程,探讨了整圈一次加热、整圈一次加热+垂直焊缝加筋板、整圈一次加热+垂直焊缝加筋板+辅助加热3种热处理工况的应力和变形情况,采用优化的焊后热处理工况进行了工程实施应用。结果表明,垂直焊缝布置加筋板可以显著改善焊后热处理过程中焊接接头及其周边区域的残余应力和变形;筋板高度和长度越大,残余应力和变形降低效果越好。研究结果为超大型容器大尺寸插入板牛眼式局部焊后热处理的工程应用提供了一种解决方法。     

焊接顺序对TC4钛合金TIG焊T型接头残余应力和变形的影响

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明：模拟得到焊接热循环曲线与试验曲线基本吻合,峰值温度相对误差小于5%,证明模型准确;3种焊接顺序所得T型接头的纵向残余应力在靠近焊缝处均表现为拉应力,远离焊缝处均表现为压应力,方案1接头位置残余应力变化梯度最小;方案1所得接头的变形最小,焊后翼板垂直度最优,因此双侧同时同向焊接更适用于需要严格控制构件焊接整体变形的场合。     

镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头应力场的有限元模拟

利用ABAQUS有限元软件建立了镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头的有限元模型,对焊接过程中接头的应力场进行了有限元模拟,分析了不同的焊接参数和约束条件下应力场的变化规律,并对模拟结果进行了试验验证。结果表明:随着焊接过程的进行,焊缝处的横向应力和纵向应力均由压应力向拉应力转变;在焊接接头完全冷却后,镁侧的最大横向残余拉应力值为88MPa,钛侧的为192MPa;在焊接接头完全冷却后,焊缝两侧的纵向残余拉应力峰值基本相等,大约为220MPa,钛侧的纵向残余压应力值较大,最大值为265 MPa;采用耦合约束后,模拟得到的残余应力值与试验测试结果更接近。     

6061铝合金薄板焊接应力与焊接变形

研究了6061铝合金薄板TIG焊焊接应力、焊接变形与焊接电流、焊接电压和板材尺寸的关系.随着焊接线能量的增加,铝合金的纵向和横向收缩变形增加;随着板的长度的增加,由于约束增加,板的纵向残余变形减少,厚度方向的抗弯增大,横向变形增大.板焊后,焊缝处受拉应力,而紧靠焊缝的母材处却受压应力,其余部分受拉应力且焊接线能量越大,残余应力越大.     

风电机组后机架工字梁焊接残余应力与变形的数值模拟分析与研究

基于热弹-塑性有限元分析理论,对风力发电机组后机架工字梁进行焊接过程的模拟仿真,获得了残余应力场分布及变形情况,并与实际焊接完成后的变形值进行对比。结果表明：焊后残余应力主要分布在焊缝区和热影响区,焊缝中心区域残余应力最大,翼缘板左、右两侧的残余应力呈对称分布,且上、下翼缘板的分布情况相似;距离焊缝中心越远,残余应力越小;翼缘板均向内侧收缩变形,且左、右两侧的变形不同,仿真分析结果与实际变形情况相吻合。采取反变形措施后进行焊接,翼缘板的最大变形为0.5 mm。该研究结果对实际生产具有重要的指导意义。     

Q890D高强钢中厚板焊接接头残余应力的有限元模拟

对厚度为8mm的Q890D高强钢中厚板对接焊接接头中的残余应力进行了有限元模拟,重点分析了接头中残余应力的分布和大小,并采用X射线衍射法和盲孔法进行了试验验证。结果表明:焊接接头中的纵向残余应力在起、收弧位置表现为压应力,中间部分表现为拉应力,拉应力的峰值为823.4MPa;随着距焊缝距离增大,横向残余应力逐渐减小,且表现为拉应力;模拟结果与X射线衍射法的测试结果吻合得较好,误差为17.4%,证明了有限元模型的准确性。     

辊压条件对大型圆锯片适张的影响

基于赫兹接触理论,研究了辊压条件对大型圆锯片适张时内应力分布的影响。根据锯片实际辊压条件建立了有限元简化模型。从残余应力及变形量变化的角度,用静力分析法模拟分析了辊压位置、辊压力大小及滚轮宽度对锯片辊压结果的影响。研究结果表明,辊压对圆锯片产生的应力分布呈局部性;辊压位置选取锯片半径3/4附近位置处辊压较为适宜;残余应力值及变形量与辊压力呈近似正比例线性关系;锯片变形量随滚轮宽度的增大而减小,残余应力随滚轮宽度的增大先增加后减小。对实际生产提供了参考指导作用。     

Inconel 625镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 625镍基合金管道的焊接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用ANSYS软件对该合金管道环焊缝对称焊的残余应力进行了数值模拟,分析了管道外表面轴向和环向残余应力分布,并进行了试验验证;此外,还分析了预热温度对管道残余应力的影响。结果表明:该合金管道焊后外表面轴向与环向残余应力的模拟结果与试验结果在数值和分布趋势上均比较吻合,证明了模型的准确性;在焊缝及近焊缝区的管道外表面形成了轴向压应力和环向拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,轴向压应力逐渐变为拉应力,而环向拉应力逐渐转变为压应力,并最终趋向于0;随着预热温度的升高,管道外表面轴向和环向残余应力均降低。     

双湿式搅拌机底部框架焊缝结构微区残余应力数值模拟

运用有限元软件ANSYS对双湿式搅拌机底部框架焊接过程进行了数值分析.采用高斯热源模型模拟手工钨极氩弧焊源,利用APDL编写循环程序实现热源的移动,得到双湿式搅拌机底部框架焊后的变形和残余应力场.从焊缝结构微区的Von Mises等效应力分布云图和节点的残余应力分布曲线可见:整个结构的焊后残余应力均为压应力,其值远小于材料的屈服强度,最大残余应力发生在沿焊缝方向上,从垂直焊缝方向的残余应力分布曲线可见,在焊缝处横向残余应力发生跳跃变化.     

熔敷顺序和管壁厚度对异种钢管板接头焊接残余应力与变形的影响

异种钢焊接接头广泛应用于机械、化工、电力和交通等领域的装备制造中,由于异种钢接头的材料不同,焊接过程中产生的残余应力分布十分复杂,但关于异种钢焊接接头残余应力的研究还很不充分。以SYSWELD有限元软件为平台,开发用于模拟异种钢焊接接头残余应力与变形的热-弹-塑性有限元计算方法。基于此方法,以异种钢管-板焊接接头为对象,研究不同熔敷顺序和管壁厚度对接头焊接残余应力与变形的影响。在数值模拟过程中,针对不同类型的材料采用不同的本构模型来模拟材料的力学行为。采用接触式三维坐标测量仪测量焊接接头特征位置的变形量,验证有限元计算方法的有效性。研究结果表明,管板接头的残余应力分布受熔敷顺序的影响十分显著,变形分布形态也在一定程度上受到了熔敷顺序的影响。随着管壁厚度的增加,圆管径向变形量反而减小,周向残余应力的峰值有所增加,同时圆管与焊缝异材界面处的周向残余应力梯度也明显增大。开发的数值模拟方法将是预测异种钢焊接接头残余应力与变形的有力工具,模拟结果将为焊接结构的健全性评价供理论支撑。     

铝-钢异种金属CMT焊接接头应力场的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对铝-钢异种金属冷金属过渡(CMT)焊接过程中焊接接头应力分布进行了数值模拟,分析了应力分布的变化规律,并进行了试验验证。结果表明:不同焊接时间下,焊接接头在钢板和铝合金板侧的von Mises应力分布不对称,其中铝合金板侧承受的应力较钢板侧的小;在焊接过程中,近焊缝处的纵向应力由压应力转变为拉应力,横向应力在焊初始阶段为拉应力,随后变为压应力,再转变为拉应力;在铝合金板侧和钢板侧热影响区的纵向残余拉应力最大,分别为125,208 MPa,位于铝合金板侧和钢板侧的横向残余压应力峰值几乎相同,约为80 MPa;残余应力分布模拟结果与试验结果的拟合优度为0.75,证明了模拟结果的准确性。     

2024铝合金随机多弹丸喷丸后残余应力场的有限元模拟

基于有限元分析软件ABAQUS建立了2024铝合金随机多弹丸喷丸的三维有限元模型,首先模拟了不同弹丸数量下残余应力场的变化特征,然后分析了弹丸速度和直径对残余应力场的影响;最后进行了试验验证。结果表明:弹丸数量大于80颗后,残余应力基本不再变化;增加弹丸速度可显著提高残余压应力层的深度、各深度残余压应力值以及残余压应力的峰值,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增大弹丸直径对0~0.1 mm深度内的残余压应力值影响不大,对残余压应力层的深度、0.1mm深度以下的残余压应力值、残余压应力峰值及残余压应力峰值的深度提高明显;有限元模拟结果与试验结果接近,说明模拟结果准确。     

超超临界HR6W钢TIG焊接残余应力和变形有限元预测

采用钨极氩弧焊接(TIG)方法对超超临界HR6W钢厚板进行对接焊接,采用数值模拟方法分析焊接过程温度场,预测焊缝残余应力和焊接变形分布.结果表明,随着焊接道次增多,焊接变形逐渐增大,焊接变形为典型的角变形,以焊接线为中心线,呈对称分布,最大变形不超过1mm;随着焊接道次的增加,焊缝平均拉应力和压应力均先增大,后减小;焊缝中部区域存在残余压应力,焊缝首端和末端区域存在残余拉应力.     

支撑板孔径对7A04-T6铝合金板冷挤压后孔周环向残余应力分布的影响

使用非线性有限元软件建立了含孔7A04-T6铝合金板的开缝衬套冷挤压模型,模拟了开缝衬套冷挤压过程,对冷挤压后孔周环向残余应力的分布进行了预测,并与实测结果进行对比,最后探讨了不同支撑板孔径下冷挤压后孔周环向残余应力的分布。结果表明:孔周环向残余应力的模拟结果与实测结果较为吻合;随着支撑板孔径增大,板件入口层处残余压应力有增大的趋势;当支撑板孔径小于11.74mm时,在孔边出口层会形成明显的凸台,造成残余压应力突变,出口层残余应力峰值出现在支撑板孔边所在处;随着支撑板孔径增大,板件出口层环向残余应力逐渐趋向平滑,凸台现象逐渐减缓。     

低成本钛合金激光-电弧复合焊接仿真分析

以10 mm的TC4LCA钛合金板为母材,建立TC4LCA板材有限元焊接接头模型,应用Marc软件对热源进行校核,校核结果吻合度较好,并对温度场和应力场进行模拟计算,结果表明焊缝底部位置存在较大残余应力,是焊接缺陷敏感区域;焊后试件中间位置横截面横向残余应力呈现上表面与下表面两端受压、中间受拉的状态,板厚方向残余应力数值较小。     

环焊缝管道焊接应力应变三维有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析程序,考虑材料力学性能依赖于温度变化　,对低碳钢管道环焊缝接头进行三维有限元分析。通过焊缝单元“死、活”选择,模拟了焊　接热源的移动过程。结果表明：焊缝及附近的轴向残余应力在内表面为拉应力,外表面为压　应力;焊缝及附近的环向残余应力在内、外表面均为拉应力。计算值与实测值基本一致,表　明有限元法能够有效地预测管道环焊缝接头的残余应力。     

残余应力对装甲钢板抗弹性能影响的有限元模拟

建立了普通钢芯子弹射击4.6 mm厚装甲钢靶板有限元模型,将试验测得的沿板厚方向分布的残余应力赋值于有限元模型,研究了靶板初始残余应力对其抗弹性能的影响,并用试验结果对模拟结果进行了验证。结果表明：有初始残余应力靶板背凸高度和弹坑深度的模拟结果与试验结果相符,相对误差分别仅为2.0%和4.8%,证明模型准确;与无初始残余应力靶板相比,施加初始残余压应力后靶板的背凸高度和弹坑深度均减小,说明其抗弹性能提高;随着施加残余压应力的增大,靶板抗弹性能呈现出略微提升的趋势,但提升幅度很小。     

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。