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。     

焊接残余应力在热处理过程中的演变

利用有限元法,对Q345R钢焊后热处理进行模拟分析.结果表明,焊态残余应力在焊缝和热影响区具有较高的应力水平,远离焊缝热影响区,应力逐渐降低.热处理后,残余应力降低了近60%,最大值位于热影响区浅表区域.热处理不仅使应力降低,同时使得应力发生再分布,母材热处理后应力增加.热处理过程中,随着温度升高,屈服强度降低,材料发...     

燃气管道焊接修复残余应力的有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS的热-力耦合功能,对20钢燃气管道全补焊和局部补焊修复方式进行有限元模拟,获得了这两种修复方式焊接接头的残余应力分布情况。同时对内压与焊接残余应力共同作用下的补焊接头进行有限元分析。结果表明,采用全补焊方法修复后的燃气管道焊接接头残余应力明显小于局部补焊;而且在内压与焊接残余应力共同作用下,全补焊接头有较低的拉应力。这说明全补焊接头的承载性能更好,同时降低了燃气管道应力腐蚀开裂的可能性,适合工程应用。研究结果为优化燃气管道焊接修复工艺提供了理论基础。     

焊接接头残余应力及蠕变损伤的有限元模拟

基于大型有限元软件Abaqus及其用户子程序(Umat)功能,开发了焊接残余应力与蠕变损伤耦合计算程序,对高温用焊接接头残余应力作用下的蠕变损伤行为进行有限元模拟,并与无焊接残余应力状态下的蠕变损伤情况进行比较.研究结果表明,在炉管焊接状态下,焊接残余应力最大值集中在焊缝和热影响区处,并且轴向与环向残余应力较高.在高温环境下,焊接接头初始态焊接残余应力较高,虽然在短时间内应力松弛到较低的水平,但其蠕变损伤仍较大程度地受焊接残余应力的影响,蠕变损伤分布与焊接残余应力的分布基本一致.     

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。     

焊接残余应力磁弹性法测试研究

以巴克豪森噪声(Barkhausen Noise)为原理,采用频率20～70 kHz,测试深度为0.07 mm的STRESS-CAN500C磁弹性应力仪,测量了压力容器用16MnR钢焊后以及焊后热处理的残余应力(包括焊缝、熔合区、热影响区),研究了残余应力的形成、不同区域的分布.结果表明:平行于焊缝的残余应力大于垂直焊缝的残余应力;丁字焊接区产生应力极大值.选择550℃×3 h作为焊后热处理的工艺,其残余应力是屈服强度的20%.     

蠕变对焊后热处理残余应力预测精度和计算效率的影响

基于MSC. Marc软件平台,开发了考虑蠕变效应的热-弹-塑性有限元计算方法。采用该方法模拟了Q345平板接头TIG重熔焊接过程和焊后热处理过程中的应力场,并重点研究了焊后热处理过程中蠕变效应对焊接残余应力的影响,基于数值模拟结果研究了焊后热处理消除残余应力的机理。同时,采用盲孔法实测了焊接及热处理后平板接头的残余应力,并与数值模拟结果进行了对比。此外,还探讨了2种不同的蠕变模型对焊后热处理残余应力计算精度的影响,针对Q345低合金高强钢,提出了一种简易高效、适合于工程应用的蠕变模型。结果表明:数值模拟得到的残余应力与实验值吻合良好,验证了所开发的集成计算方法的有效性。热处理计算过程有必要考虑材料的蠕变效应,否则会严重高估热处理后的残余应力。采用本工作提出的简易蠕变模型,在较少损失计算精度的前提下可使计算效率提高10倍左右。     

焊接残余应力的分布和焊后热处理的应力松驰作用

通过钻盲孔法研究了里海型焊接试板焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力松驰的影响，讨论了适合生产实际的焊后热处理条件。结果发现，在焊缝区及其周围存在着高焊接残余拉应力，且纵向应力远大于横向应力。焊扫热处理能够显著降低焊接残余应力，并且焊后热处理温度越高，应力松驰效果越好。对于一般的工程需要，焊后热处理温度下限定于550℃较适宜，可使应力松驰率达到80％以上。在强烈腐蚀环境中工作的压力容器，为防止诱发应力腐蚀开裂，应选择620℃、30min或1h保留的焊后热处理，此时应力松驰率可达到90％以上。在热处理温度低于规范温度时，延长保温时间对于焊接残余应力的松驰影响不大。     

焊接残余应力对氢扩散影响的有限元模拟

利用ABAQUS有限元软件开发的氢扩散耦合计算程序,对焊态和焊后热处理状态下残余应力对氢扩散的影响进行了数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较．结果表明,存在焊接残余应力梯度时,氢向高应力区富集,在热影响区附近,有一个氢浓度低谷,这是氢向高应力区长程扩散所致．经过焊后热处理,应力松弛效果明显,残余应力大幅下降,对氢扩散的影响也大大降低,氢的最高浓度降低了近40％．因此,焊后热处理可以有效降低材料在氢环境下开裂的敏感性．     

厚板钛合金电子束焊接残余应力分布特征

首先对50mm厚TA15钛合金平板分别采用堆焊和对焊两种方法进行电子束焊接,然后采用盲孔法测量了热处理和未热处理情况下焊接试件残余应力的分布情况.测量发现,对接焊和堆焊试件上表面纵向应力在焊缝和热影响区呈现较大的拉应力,且对接焊试件的纵向应力大于堆焊试件;上表面横向残余应力幅值较低,且整体呈现压应力分布.下表面的横纵应力整体上为压应力,且横纵应力的分布和大小非常接近.结果表明,热处理工艺造成各试板的横纵应力趋于一致,整个试板上的应力趋于均匀化,且堆焊试件的均匀化程度更明显.     

高温氧化薄膜中残余应力分析和试验方法

介绍一种高温氧化薄膜应力的测定技术，在一定高温氧化条件下能测定氧化膜中的生长应力，在某一温度变化范围内能测定氧化膜中的热应力，这种技术可在普通衍射仪上进行。     

不同镍基堆焊材料在高温高压水中的应力腐蚀行为研究

通过U弯浸泡实验研究了电渣焊600合金、电渣焊690合金和埋弧焊690合金三种材料的应力腐蚀行为。研究结果表明:模拟压水堆核电站一回路水化学工况,温度为325℃,压力为15.8 MPa,溶液中含1.5×10~(-3)B、2.3×10~(-6)Li、2.5×10~(-6)H_2,浸泡1193 h后,电渣焊600合金、电渣焊690合金和埋弧焊690合金样品均未发生应力腐蚀开裂。在温度为330℃,压力为11 MPa,含10 mass%NaOH的高温高压强碱溶液中,电渣焊600合金样品浸泡720 h后发生了应力腐蚀开裂,最大裂纹长度为835μm;浸泡1440 h后,裂纹进一步扩展,达到1135μm,具有典型的沿晶应力腐蚀开裂(IGSCC)特征;电渣焊690合金样品经过1440h浸泡后,表面萌生长度为0.3μm到1.15μm不等的微裂纹;埋弧焊690合金样品经过1440 h浸泡后未发生应力腐蚀开裂。     

温度和应力对不锈钢焊接接头蠕变行为的影响

用Cryo-Cracking试验方法研究了0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢焊接接头在不同温度和应力下蠕变试样中的空洞现象，结果表明，随着温度的提高，蠕变试样中的空洞尺寸趋于增大，空调密度增加，脆性断裂面的比例降低。应力对空洞尺寸和密度的影响与温度的影响类似，但温度对空洞尺寸和密度的影响大于应力的影响。     

非线性焊接热传导的有限元分析和计算

焊接温度场的数值计算,近年来取得不少进展,但其中大多是采用线性有限单元方程或差分方程求解的。本文对非线性的热传导问题进行了有限元分析,建立了焊接温度场的计算模型,编制了相应的计算机程序。该程序考虑了材料热物理性能随温度的变化以及表面的散热情况,并可以进行固定热源或移动热源、薄板或厚板、准稳态或非准稳态二维温度场的有限元分析。文中就固定热源或移动热源薄板对接焊等几个具体实例进行了有限元分析。结果表明,考虑热物理性能随温度的变化以及表面的散热条件能使计算精度得到提高。并且还表明,只要选取合适的计算模型尺寸,焊缝及近缝区的温度分布便可趋向于准稳定状态。     

高温高压管道焊接坡口选择及焊条用量计算

从经济和技术角度分析火电厂高温高压管道焊缝宜采用的坡口形式,并对各种坡口形式的焊条用量估算推导出经验公式.     

铝合金T型接头激光+GMAW复合热源焊温度场的有限元分析

从宏观传热学出发,综合考虑焊缝横断面形状特点及接头形式对焊接热流的影响,建立了适用的T型接头激光+GMAW复合热源焊的组合式热源模型.利用双椭球体热源模型描述电弧热流和熔滴热焓,采用热流峰值指数递增-锥体热源模型表征激光热输入,并通过坐标系转换的方法旋转热源模型,以考虑焊枪倾斜对焊接热流分布的影响,推导出适用于T型接头复合焊的热源模型表达公式,从而简化了T型接头焊接数值模拟中的模型加载过程.将所建立的模型用于不同焊接条件下铝合金T型接头激光+GMAW单侧双面焊接焊缝形状和尺寸的模拟计算,计算结果与实验结果吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性;利用该模型计算了铝合金T型接头复合焊近缝区不同位置的热循环曲线,分析了铝合金T型接头复合焊热循环特征,为其组织和性能的预测奠定了基础.     

夹具拘束模型在焊接过程有限元分析中的建立及应用

夹具及垫板的拘束作用对被焊平板试样残余应力与变形的演变历程具有重要影响。将夹具和垫板作为弹塑性体包含到焊接数值模拟模型中,采用4种模型模拟夹具及垫板与被焊平板试样之间的相互作用,能够提高焊接数值模拟研究方法的科学性和准确性.数值模拟结果表明,夹具拘束作用的不同处理方式对平板试样焊后残余应力分布与变形趋势有重要影响,不同拘束条件下的平板试样残余变形模拟结果,与平板试样在自由状态下和夹具夹持状态下焊接实验获得的变形趋势均一致,在焊接过程初期阶段,平板试样上下表面的横向应力分布差异,对决定平板试样的残余变形趋势有重要影响。     

不锈钢内筒多层高压容器焊接工艺

详细介绍了内筒为不锈钢的多层高压容器外U形坡口的单面焊接工艺,从而为不锈钢复合容器的焊接开辟了一条新途径.