应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨;中厚板多层焊后焊层对焊缝纵向残余应力影响的数值分析;1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术;数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响;焊接应力场与应变场的计算与讨论     

基于正交试验设计的汽车消声器焊接工艺优化

针对汽车消声器结构的特点,研究了前消总成中催化器总成环焊缝的特点。文中运用正交试验设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对催化器总成焊接的工艺参数进行优化设计,然后采用有限元模拟软件Marc对最优焊接工艺的焊接残余应力进行数值模拟,获得了催化器总成焊接环焊缝的残余应力分布情况。结果表明,电弧电压对焊接残余应力影响最为显著,其次为气体输出流量、焊接速度、焊接电流和焊丝直径等。研究结果为优化消声器焊接工艺、有效控制焊接残余应力提供了参考。     

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.     

管道结构环焊缝焊接残余应力的计算与测量

由于管道结构的残余应力与焊接热源、焊接顺序、焊接接头形式、材料性能等多种因素有关， 采用数值计算往往很困难， 管道结构环焊缝所引起的焊接残余应力一直为焊接结构设计人员所关心。为了研究焊接残余应力对管道结构断裂的影响， 计算并实测了管道环焊缝多层 （三层） 焊的残余应力， 分析了焊缝强度匹配对计算结果的影响， 其结果对指导实际生产具有一定的参考价值。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

基于正交试验设计的高温管道焊接工艺优化

P91耐热钢焊接接头广泛用于电厂管道,厚壁管道焊接残余应力分布比较复杂,而焊接接头残余应力的大小对其高温环境下运行的蠕变又有着较大的影响.文中运用正交试验设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对P91耐热钢管道焊接的工艺参数进行优化没计,然后采用大型有限元分析软件ABAQUS对最优焊接工艺的焊接残余应力进行数值模拟,获得了P91厚壁管道焊接接头的残余应力分布状况.结果表明,焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次电弧电压、焊接电流和坡口间隙等.研究结果为优化高温管道焊接工艺,有效控制焊接残余应力提供了可能.     

升船机卷筒轮毂焊接残余应力数值模拟

焊接后钢材焊接残余应力的变化易导致其结构产生变形,为了提高升船机卷筒轮毂的焊接质量,文中对焊接残余应力展开数值模拟分析。在确定卷筒轮毂的物理参数和焊接工艺后,利用Ansys有限元软件构建卷筒轮毂有限元模型,确定模型的单元数量后划分网格。然后利用有限元软件计算轮毂温度场及焊接残余应力。数值模拟结果显示：升船机卷筒轮毂焊缝及热影响区的温度在861～1 561℃之间,该数值模拟结果接近实际测量结果;在x方向上,轮毂的焊接残余应力主要在焊缝与热影响区分布,峰值应力为491 MPa;在y方向上,焊接残余应力峰值为265 MPa,越靠近焊缝,焊接残余应力越大;焊接退热后,卷筒轮毂焊缝及热影响区的焊接残余应力上升,撤除约束会释放焊接残余应力,同时导致升船机卷筒轮毂产生少量变形,但不会导致升船机卷筒轮毂产生裂纹。     

基于SYSWELD的不锈钢管道环焊缝焊接数值模拟

基于316L不锈钢管道环焊缝的焊接工艺,利用Visual Mesh软件建立了管道焊件的三维有限元模型,利用有限元数值模拟软件SYSWELD对316L管道环焊缝焊接过程进行了数值模拟,得出了焊接过程中不同时刻的温度场分布图、不同特征点的焊接热循环曲线及焊后残余应力及变形分布图等一系列结果。结果表明,焊缝始焊处温度不易达到熔点,焊缝中心及附近区域因残余应力较大而产生环向内凹形变。焊缝的温度场及应力变形分布规律均与理论分析相一致,可为实际焊接工艺的评定及优化提供一定的数据支撑。     

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.     

焊接顺序对钛合金H型单桁条结构残余应力分布的影响

利用有限元分析法模拟计算了不同焊接顺序下TC4钛合金H型单桁条结构双激光束双侧同步焊接过程的应力应变场,对三种焊接顺序下焊后应力分布进行了对比分析。研究表明:不同焊接顺序下,钛合金H型单桁条结构的始焊、终焊位置以及焊缝附近均存在较高的应力水平,随着远离焊缝区,残余应力呈降低趋势。当焊接顺序为自蒙皮中心焊至边缘时,焊后应力水平最低,其中峰值纵向拉应力和横向拉应力分别达到了970MPa和182MPa,说明该焊接顺序为最优方案。     

转向架构架补焊残余应力数值模拟

转向架作为车辆走行部的主要构件,常采用局部补焊的手段进行修复,这势必影响接头残余应力。利用ABAQUS有限元分析软件,分别对焊态、不同补焊参数和补焊次数后的残余应力进行了数值模拟。模拟计算结果表明:补焊后焊缝的纵向应力大大增加,横向应力减小;但随着补焊次数的增加,纵向应力变化不大,横向应力有所增加;随深度增加,纵向应力涨幅不大,横向应力有所增加;随补焊宽度增加,焊缝区的横向应力有所增加,纵向应力略有增加但幅度不大。开展对转向架焊接构架对接焊缝补焊残余应力分析,对于指导焊接转向架生产、降低焊接接头残余应力具有重要的意义。     

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。     

焊道填充方法对X65管线钢环焊缝残余应力数值模拟的影响

在进行管道多层多道焊接仿真分析时,焊缝金属的填充过程对于数值模拟的结果有着不可忽视的影响。文中以有限元软件ABAQUS为仿真工具,分别采用逐层填充和逐滴填充2种方式对X65管线钢环焊缝的焊接残余应力进行仿真分析。为比较2种填充方式结果的准确性,采用X射线衍射法测试了实际管道的焊接残余应力。研究结果表明:采用逐层填充方式所获得的焊接残余应力要高于实际残余应力,而采用逐滴填充方式所获得的残余应力与试验结果吻合良好。     

T型焊接试件焊接残余应力分布的测定

为了掌握钢结构中焊接残余应力的具体分布状态,采用基于逆磁致伸缩效应原理的无损检测方法,利用磁测应力仪对T型焊接试件焊缝附近不同层深处的焊接残余应力进行了实际测量,得到了距焊件表面1、1.5和2 mm三个不同层深的焊接残余应力分布规律,并和基于有限元法的数值模拟计算结果进行了对比分析.结果表明,焊缝附近区域残余应力较大,随着层深的增加,横向和纵向残余应力均由压应力逐渐过渡为拉应力,而纵向残余应力在远离焊缝中心的区域内,则改由拉应力过渡为压应力.     

热处理保温时间对焊接残余应力影响的 模拟分析

为探究焊后热处理保温时间对焊后残余应力的影响规律,以余热排出系统中余热排出冷却器管板与环形支承板焊接组件作为研究对象,采用Sysweld建立焊接模型,对经历不同热处理工艺的管板与环形支承板对接焊缝的焊接残余应力进行模拟分析,同时将模拟计算应力值与盲孔法测试应力值进行比较,并通过模拟试验验证其力学性能。结果表明:管板与环形支承板对接焊缝在595℃进行消应力热处理,当保温时间达1.25 h时,对接焊缝的焊接残余应力已降至最低值。延长保温时间,焊接残余应力保持最低应力值不变,且模拟计算的应力值与实际测量的应力值水平相当。模拟试验结果证明了按不同标准执行热处理,其力学性能处于相同水平。     

Inconel 718镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 718镍基合金管道的对接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用SYSWELD焊接模拟软件对其环焊缝在不同预热温度和焊接顺序下的残余应力进行数值模拟,分析了预热温度和焊接顺序对外表面轴向和环向残余应力分布的影响。并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。结果表明:管道外表面轴向残余应力在焊缝及近缝区表现为压应力,而远离焊缝中心的区域表现为拉应力;焊缝与近缝区环向残余应力为拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,拉应力逐渐转化为压应力;随着预热温度的增加,管道外表面轴向和环向残余应力降低;焊接顺序的改变不能有效降低管道焊接残余应力。     

工艺参数对压力容器异种钢接头残余应力的影响及优化分析

为明晰焊接过程产生的残余应力对核电压力容器管道疲劳裂纹扩展和结构断裂失效的影响,优化焊接工艺,从而减小残余应力,借助了Ansys和Isight软件,以核电压水堆一主回路焊接接头焊缝区域为研究目标,利用“生死单元法”进行多层多道焊条件下温度场的模拟,同时利用DOE方法探究焊接结构参数与焊接产生的残余应力间关联关系,得出压力管道异种金属焊接接头残余应力分布规律,明晰了主要工艺参数对结构残余应力的影响机制。结果表明,环向残余应力是压力容器管道焊缝结构发生破坏的直接因素,减小焊接残余应力应增大焊接处的坡口角度和接头内外径差值。     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

基于正交试验的T形接头焊接工艺优化

焊接变形可以直观地看到,控制变形手段也非常多. 焊接残余应力分布复杂,关键位置残余应力大小对产品有着很大的影响. 文中利用焊接数值模拟和试验相结合的手段,采用单因子和多因子正交试验相结合的设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对T形接头焊接的工艺参数进行优化设计,获得了T形接头的残余应力分布状况. 结果表明,拼焊间隙为2 mm以下时,焊缝宏观形貌满足要求;焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次为送丝速度和拼焊间隙. 利用数值模拟和试验相结合的方法,优化了焊接工艺参数,降低了焊接残余应力的峰值,有效地减少了试验次数,节约了成本.     

焊接工艺对Inconel 718镍铬基合金管结构环焊缝残余应力和变形影响的有限元分析

采用等离子柬焊(PBW)和钨极惰性气体保护焊(TIG)方法对大口径镍铬合金石油管道环焊缝进行打底焊接,采用数值模拟方法分析了两种打底焊接工艺下,焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,根据两种焊接工艺的热源特点,选用不同的热源模型进行计算;同时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.结果表明,采用PBW能够得到深而窄的焊缝截面,残余应力和残余变形都比TIG打底焊缝小.