超声冲击处理对316L不锈钢焊接接头组织及残余应力的影响

对6 mm厚的316L奥氏体不锈钢板进行TIG焊试验,采用盲孔法测量焊缝附近的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。使用Abaqus有限元软件,分析了316L不锈钢的焊接残余应力分布,并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差低于20%。     

Q345E钢焊后热处理残余应力模拟与试验研究

为深入研究热处理工艺对焊接残余应力的影响规律,以Q345E钢对接接头和T型接头多层多道焊为例,首先借助X射线衍射法对热处理前后焊接试件进行了应力测试,然后采用数值模拟的方法对这两种焊接接头模型热处理前后的残余应力进行了计算,分析了热处理前后残余应力的分布。结果表明:模拟结果与试验测试的结果具有一致性,验证了有限元数值模拟的合理性。热处理前,平板对接接头的纵向残余应力沿焊接方向呈现两端小,中间大的趋势;沿垂直于焊接方向随着距熔合线的距离增大而降低;T型接头的纵向残余应力沿焊接方向随远离起弧端整体上表现出上升趋势;沿垂直于焊接方向,它由近焊缝处的拉应力逐渐过渡到远焊缝处的压应力。热处理后,残余应力均下降。     

连续油管T型焊接接头残余应力场数值模拟

采用有限单元法,模拟了连续油管ERW直焊缝与TIG环焊缝交汇处T型接头残余应力场的分布情况.结果表明,焊接残余应力集中分布在两种焊缝附近,最大残余应力出现在TIG焊缝起焊位置.由于ERW直焊缝经历了两种热处理过程.使得该焊缝附近残余应力较小,最大应力约为220MPa;TIG焊缝未经历任何热处理过程,因此焊接残余应力较大,最大应力约为628MPa.由此说明热处理技术能够较好地消除焊接残余应力.     

304/Q345R复合板焊接接头微观组织及残余应力

为研究复合板在焊接过程中复杂的热力学行为,利用ABAQUS有限元软件对304/Q345R复合板的焊接过程进行了数值模拟,通过热电偶和盲孔法获得了焊接接头的热循环曲线和残余应力分布规律,验证了有限元模型的正确性. 同时采用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头的微观组织、晶粒形貌和元素分布进行了分析,研究焊接接头部位的微观组织演化规律. 结果表明,焊接残余应力最大值为312 MPa,位于焊趾附近,残余应力沿焊缝至母材方向逐渐降低并趋于稳定. 在两种材料的交界面处发现残余应力不连续现象. 焊接接头微观组织主要由奥氏体和铁素体组成,复层熔合线附近的铁素体以板条状和针状形成带状过渡区,而熔合线附近的奥氏体晶粒成柱状形貌且尺寸更为微小.     

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力.结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力.风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33％;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65％.     

焊接残余应力对管线钢防腐性能的影响

借助有限元分析手段对X80管线钢对接接头的残余应力进行仿真计算,得到残余应力分布情况.采用X射线衍射法和盲孔法对预测结果进行试验验证.结果表明,周向残余应力总体变化趋势呈现先增大,稳弧后应力平稳达到峰值位置保持,在接近收弧位置,残余应力值减小;轴向残余应力总体变化趋势呈现先增大,残余应力达到峰值位置后平稳下降.残余应力仿真预测结果与两种测量方法所得结果相吻合,X射线衍射法结果高于盲孔法应力结果.通过有限元仿真技术预测应力较大位置,此技术对有效防止应力腐蚀开裂有一定的工程应用指导意义.     

箱型梁焊接变形和应力三维数值模拟

利用有限元分析手段模拟箱型梁结构吊臂的焊接过程,得到吊臂的焊后变形和残余应力分布,采用Metra SCAN激光扫描和盲孔法进行试验验证。结果表明:整体变形趋势为向内收缩,焊缝位置附近上翘变形,峰值位置位于起收弧位置,最大变形量1.66 mm;焊缝位置附近残余应力大,应力峰值为459.9 MPa。模拟结果与试验结果误差控制在0.5 mm以内,仿真结果与盲孔法测量结果吻合较好,误差为26.1%,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。     

基于XRD的Inconel 690和321不锈钢异种金属焊接残余应力测试与分析

某小型反应堆的异种金属环形焊接接头经由一百余道焊接后,会出现残余应力累计、变形严重等问题,影响焊接接头的抗应力腐蚀、抗疲劳破坏性能。采用X射线衍射法对该焊接接头表面残余应力测试,获得了环向、径向残余应力分布规律。结果表明:接头表面环向、径向残余应力基本呈现出拉应力状态,分布类似抛物线形状,呈现出中间高、两边低的形态;由于奥氏体不锈钢母材侧熔合线为典型的异种金属焊接区域,残余应力梯度明显偏大,焊缝有柱状晶的存在,焊缝中心处亦存在较大的应力梯度。     

S355管板相切T形接头残余应力数值模拟与试验验证

管板T形接头是轨道车辆转向架构架中应用较多的接头形式之一,各类吊座等均通过该接头形式与横梁进行连接,其焊接质量直接影响着转向架的稳定性和承载能力。文中以S355低合金钢作为试验材料,利用SYSWELD有限元软件,并结合多层焊的热力耦合特征,对管板相切T形接头焊后残余应力进行了耦合计算;采用X射线衍射法对管板相切多层焊T形接头的焊后残余应力进行了测试。对比分析模拟和试验结果表明:二者结果吻合良好,为实现工艺优化设计提供了基础。对于横向残余应力,最大残余应力出现在焊趾附近,且在垂直于焊缝方向的横向应力呈现出焊缝中心受拉应力和远离焊缝的管表面一侧承受压应力;对于纵向残余应力,最大残余应力也出现在焊趾附近,并在焊缝的中心位置处出现最大值,然后沿着垂直于焊缝方向逐渐减小。     

管线钢焊趾优化工艺对焊接残余应力的影响

借助有限元模拟X60管线钢对接接头3种不同焊趾优化工艺设计焊接过程,得到了周向和轴向残余应力分布。采用盲孔法残余应力分析仪,验证仿真结果的准确性。结果表明,周向和轴向残余应力总体变化趋势与典型接头的应力变化趋势一致。常规焊趾工艺设计得到的周向和轴向残余应力梯度和平均应力值均最大,圆滑过渡焊趾设计得到周向和轴向残余应力梯度和平均应力值均最小。常规焊趾工艺设计达到应力峰值的距离比其他2种焊趾优化设计更接近引弧位置和焊缝中截面。圆滑过渡焊趾设计周向和轴向残余应力仿真结果与盲孔法测量结果吻合度好,最大误差控制在9.37%。圆滑过渡焊趾设计对预防应力腐蚀开裂有指导意义。     

套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

热处理工艺参数对2219铝合金焊接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对不同热处理参数下的2219铝合金TIG焊接头残余应力进行测试与分析,研究了退火温度、保温时间及冷却方式对接头残余应力的影响。结果表明,随着退火温度的上升和保温时间的延长,接头残余应力下降幅度增大;当退火温度为350℃保温时间2 h时,焊缝附近区域及焊缝中段横向应力及远离焊缝区域纵向应力方向发生改变,残余应力横向分布规律发生变化。随着保温时间的延长,焊接残余应力下降幅度增大。炉冷具有消除残余应力的效果。     

新型铝合金板材双面焊接头性能研究

针对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金进行双面MIG焊接,观察接头部位组织形貌,并进行显微硬度测试,然后基于visual-weld进行温度场的仿真计算,建立接头部位温度场与组织形貌和硬度的关系。然后采用X射线法对焊件进行残余应力测试。结果表明,焊缝中心为粗大等轴树枝状晶,靠近熔合线存在一个细晶层,在细晶层内侧为典型的联生结晶形貌,熔合线外侧出现部分晶界重熔;焊接件残余应力较小,两端应力分布趋势相反,其它部位分布基本相同。由于温度循环和η相的影响,在接头热影响区位置,硬度值明显高于母材和焊缝。     

转向架用S355J2W钢MAG焊接接头残余应力研究

利用X射线衍射法和超声临界折射纵波法测量和分析S355J2W钢MAG焊接接头的起弧区、中心区和收弧区残余应力。结果表明:超声波法和X射线衍射法均可用于S355J2W钢MAG焊接接头的残余应力测量,在焊缝和热影响区,超声波法的应力测量值比X射线法的大30~40 MPa。各测试区残余应力分布趋势相近,在焊缝及近缝热影响区为数值较大的残余拉应力,远离焊缝中心的母材为压应力。中心区的残余应力峰值大于起弧区和收弧区。     

焊接残余应力对20G管道焊接接头组织性能的影响

通过X射线衍射法研究管线用20G焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊缝残余应力的影响,择优选取了焊后热处理条件。结果发现,在焊缝区存在较高的焊接残余应力。焊后热处理可以显著降低焊接残余应力,其中以620℃加热温度、1 h保温时间的处理工艺为宜。此外,热处理细化了焊缝区域晶粒,降低了焊缝区域硬度,改善了焊接接头抗H2S腐蚀的能力。     

核电反应堆压力容器顶盖J型接头内壁残余应力

模拟核电厂反应堆压力容器顶盖上三个不同倾角位置的CRDM贯穿件J型接头,采用盲孔法测量模拟件的贯穿件内壁焊接残余应力。试验结果表明,贯穿件内壁环向残余应力高于轴向残余应力。在试件6点钟和0点钟位置,随着倾角的增加,焊缝中心残余应力平均水平增大;在试件3点钟位置,随着倾角的增加,焊缝中心残余应力减小。     

2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.     

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.     

5E83铝合金TIG焊接头残余应力分布研究

采用X射线衍射法对5 E83铝合金TIG对接焊接接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布.对应力测试结果进行了处理,分析了对接接头残余应力分布的规律及影响铝合金焊接接头X射线残余应力测试的因素,探讨了残余应力的存在对接头性能的影响.结果表明,在接头纵截面上存在纵向应力及横向应力稳定区,纵向及横向应力最大值分别为69 MPa和125 MPa.接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态.     

焊后热处理对S30408/Q345R不锈钢复合板耐蚀性能的影响

研究了焊后热处理对S30408/Q345R不锈钢复合板焊接接头的显微组织、耐晶间腐蚀性能、抗应力腐蚀性能的影响。结果表明,经580℃×2 h焊后热处理后,焊接接头过渡层焊缝与基层焊缝熔合线附近出现了合金元素扩散,脱碳层范围减小;焊后热处理后,焊接接头的耐晶间腐蚀性能下降,腐蚀裂纹位于焊缝熔合线附近;焊接接头的抗应力腐蚀性能受焊后热处理影响不大,慢应变速率拉伸断裂接头未发现二次断裂,S30408不锈钢覆层应力腐蚀破裂敏感性比值低,应力腐蚀敏感性小。