Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

坡口形式对SUS304奥氏体不锈钢对接接头残余应力和变形的影响

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟V形、K形和X形坡口SUS304奥氏体不锈钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形. 计算得到的焊接残余应力和角变形与实测结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 试验和数值结果表明,坡口形式对接头的残余应力和角变形有显著的影响:V形坡口的高拉伸残余应力区和角变形均明显大于K形坡口和X形坡口,而K形坡口则略大于X形坡口; 坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小.     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

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.     

20/Q345R异种钢焊接接头残余应力及变形的有限元分析

基于Ansys模拟软件,采用生死单元法编写APDL命令流,对20/Q345R异种钢平板对接多层焊的焊接温度场及应力场进行了模拟计算,并通过试验对模拟结果进行了验证,试验结果和模拟结果吻合良好。结果表明,异种钢焊接过程中温度场分布不对称,且Q345R钢侧高温区域稍大于20钢侧的;焊接过程中,等效应力集中分布于焊缝及其附近区域,焊后等效应力以变形的方式进行释放,导致结构产生了一定程度的变形,焊缝附近应力呈现较大的梯度;焊缝中间部位横向收缩最大,引弧和熄弧处横向收缩较小,焊后试件变形较小。     

304L/Q345R异种钢焊接数值模拟技术研究

Q345R和304L钢普遍应用在车辆、化工、船舶等领域,在工程实际中有时需要Q345R和304L钢的焊接。文中使用Ansys软件,选用高斯分布热源,建立了50 mm厚的Q345R/304L钢偏X形坡口焊接有限元模型,并对温度场与应力场进行了研究分析。结果表明：距热源相同距离时,304L钢材料温度上升速率明显大于Q345R钢的温度上升速率;高温时304L钢的冷却速度略微大于Q345R钢的,在低温时大致相同。焊缝区域应力明显大于母材区域的应力。Q345R钢侧的残余应力大于304L钢侧残余应力;304L钢侧最大应力可达241 MPa, Q345R钢侧最大应力可达327 MPa,焊缝区域最大应力可达380 MPa。沿板厚方向,在Q345R钢侧上下表面的Mises应力均大于250 MPa,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。304L钢侧上下表面的Mises应力均在20～30 MPa之间,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。Q345R钢侧所受的Mises应力明显大于304L钢侧所受的应力。焊缝上Mises应力情况较为复杂,最大达350 MPa,但最小应力仅为30～50 MP...     

焊接顺序对Q345qD钢厚板焊接接头残余应力和变形的影响

基于ABAQUS有限元软件的热弹塑性分析方法,分析了32 mm厚Q345qD钢对焊接头在熔化极气体保护焊下的残余应力和残余变形。结合试验测试和数值模拟,研究了4种不同焊接顺序对焊接接头残余应力分布和残余变形的影响。采用ABAQUS软件中的单元生死技术模拟焊接过程,热源模型采用双椭球体积热源。结果表明,数值模拟结果与试验结果相符,改变焊接顺序对温度场影响不大,两侧焊道单次交替焊接相比两侧焊道多次交替焊接的横向残余应力整体应力较小,最大值从356 MPa降到278 MPa,降低了21.91%;而两侧焊道多次交替焊接的纵向残余应力整体应力较大,纵向残余应力最大值从303 MPa升到368 MPa,增加了21.45%。与两侧焊道单次交替焊接相比,两侧焊道多次交替焊接的厚度方向变形较小,最大值从1.67 mm降到0.04 mm,降低了97.60%。     

16Mn钢U形焊接接头残余应力和变形

利用有限元分析软件ANSYS/APDL语言编写程序,选用U形焊接接头,采用生死单元方法的热源加载模式,进行多步循环,实现了焊接全过程残余应力场的三维动态模拟,获得了焊接接头残余应力和残余变形的分布规律;采用CO2气体保护焊对16Mn钢U形焊接件进行焊接,得到了焊接接头冷却后最终的残余变形情况,仿真结果与实验所得的规律相吻合,为进一步研究和消除焊接残余应力和应变提供了依据。     

残余应力和变形在Q345D钢CO2气体保护焊接接头中的分布

基于有限元分析软件,采用数值模拟方法分析了Q345D低合金高强钢T型接头双面焊接残余应力和变形的分布.数值分析时,选择双椭球焊接热源模型,考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响,重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.研究结果可为同类素材的实际焊接提供理论借鉴.     

不同异种钢管道焊接接头残余应力的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的热应力有限元计算程序,对0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20异种钢焊接接头残余应力进行了有限元模拟分析.结果表明,无论是采用奥氏体不锈钢焊条A302焊条还是镍基焊条Incone182焊条,0Cr18Ni9/20钢和1Cr5Mo/20钢焊接接头中最大的轴向残余应力和环向残余应力产生在20钢侧的热影响区,0Cr18Ni9侧有最小的焊接残余应力.采用Incone182来代替A302可以有效地降低残余应力值,提高抗应力腐蚀开裂的能力.     

坡口形式对半管夹套焊接温度和残余应力的影响

半管夹套焊接时不可避免产生残余应力,容易导致其焊接部位开裂泄漏.文中对不同坡口形式的半管夹套进行焊接试验,并利用有限元软件ABAQUS对焊接温度场及残余应力进行数值模拟.结果表明,不开坡口,加热温度不足以使夹套和筒体接触界面的金属完全熔化;开2 mm平行坡口时,焊缝根部温度未达到熔点,焊缝金属流动不足以填充根部间隙,产生未焊透;开45°外坡口,能保证完全焊透,且焊缝成型较好,焊缝根部的残余应力比不开坡口降低33%,筒体残余应力整体降低35%,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.在实际焊接时,应开坡口焊接,禁止不开坡口或采用2 mm平行坡口.     

Residual stress measurement of Al/steel dissimilar friction stir weld

ABSTRACT

The dissimilar welds between aluminium (Al) alloy, A6061-T6, and stainless steel, type 304, were fabricated by a friction stir welding (FSW) technique. The FSW tool was offset to Al side and the probe was inserted only into Al plate. The softening occurred in Al side due to the heat input during FSW, while the hardness increased by the post-ageing treatment. Tensile strength of dissimilar weld also increased about 8.5% by the post-ageing. The residual stresses were measured based on the cos α method. The residual stresses parallel to the weld line, σ_xr, were predominantly tensile, while those perpendicular to the weld line, σ_yr, were compressive. Post-ageing treatment had little effect on the residual stresses.     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

Q345B钢板焊接热循环及实时角变形测试

对Q345B钢板进行多层多道焊接,使用K型接触式热电偶测温模块和激光位移传感系统测量焊接过程中的热循环和角变形。结果表明,多层多道焊的热循环峰值温度随焊道的逐渐靠近而升高;距离焊缝越近,峰值温度越高,对应的升温速度也越快;焊接角变形主要产生于焊接阶段,表现为逐渐增加,而在层间冷却阶段很小,最终焊接角变形约为4.78°。     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

热源形状参数对薄板焊接残余应力和变形的影响

采用热-弹-塑性有限元方法模拟焊接残余应力和变形时,对于移动热源模型形状参数的选取,在大多数情况下大都是根据研究者的经验来确定.然而对于热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响尚不十分明确.基于ABAQUS有限元软件,以高强钢SM490A单道TIG焊为例,通过建立三维有限元模型和采用双椭球体积移动热源模型,研究了热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,热源模型形状参数对焊接残余应力影响较小,而对焊接变形,尤其是对角变形有一定程度的影响.