BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

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。     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论，其中包括温度场和应力场的数值模拟，介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果，并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势。     

基于子结构RESOLVE扩展方法的三维焊接残余应力数值模拟

针对三维焊接残余应力与变形数值模拟过程所需的计算时间、所需磁盘空间及精度问题,本文先计算焊接动态温度场,再运用子结构技术进行弹塑性分析,计算三维焊接残余应力。介绍了子结构理论模型及适用条件,以T形角接试件为例,基于ANSYS12.0分别建立全结构模型与子结构模型进行三维焊接残余应力数值模拟,并且在子结构模型中采用2种不同的扩展方法计算。结果表明,运用子结构技术直接扩展计算残余应力与变形可明显缩短计算时间与磁盘空间,并且通过合理选择子结构区和RESOLVE扩展方法可达到与全结构计算结果非常接近。     

球罐焊接残余应力数值模拟分析

利用有限元法动态模拟球罐环焊缝以及平板的焊接过程,分析了球罐焊接过程温度场的变化状况和焊接残余应力分布规律.结果表明,焊接热影响区范围很小,球罐环焊缝焊接残余应力是经向和径向坐标的函数,纬向焊接残余应力大于经向应力,两向应力的最大值均处在热影响区内,最大应力值超出了材料的屈服极限,是产生裂纹缺陷的原因之一等.用X射线衍射的方法测试了平板焊接接头的焊后残余应力,并将测试结果与有限元模拟计算结果比对,验证了模拟计算方法的可靠性和计算结果的正确性.     

基于有限元的多次补焊焊接残余应力的数值模拟

应用有限元方法建立了补焊温度场的数学模型，并对温度场进行一定的简化。焊接应力分为热应力和组织应力两部分，分别给出了热应力和组织应力的计算模型。利用ANSYS有限元软件以BHW35钢补焊为例进行数值模拟，给出了有限元的实现过程。并分别给出了一次、三次、五次补焊的模拟结果。并将计算模拟值与实际测量数值比较。计算结果和实际测量数值基本吻合。并根据应力分布情况，得到一些结论，焊缝中心的残余应力变化不大；热影响区存在较高的残余拉应力，且同一位置，随修复次数的增加，应力值逐渐提高；残余拉应力区宽度变大。文中还给出了焊后热处理后的应力大小情况，以证明焊后热处理能改善应力分布。     

数值计算模拟工艺参数对电子束焊接残余应力的影响

电子束焊接残余应力的实测需要花费大量成本,因此采用数值模拟其焊接残余应力的大小和分布具有重要意义.利用三维有限元分析程序,建立了TC4钛合金板电子束焊接温度场和残余应力场的有限元分析模型,着重分析了高压和中压两种工艺参数对其接头焊接残余应力的影响.旨在探讨不同工艺参数对电子束焊接过程的影响规律,从而优化工艺,降低成本.计算结果表明,采用中压参数焊接的电子束焊接接头残余应力的峰值比采用高压参数的接头残余应力峰值高;而且其残余应力分布更集中于焊接接头中段.     

套管修复焊接残余应力三维有限元模拟

套管修复是一种重要的在役焊接修复技术,然而在操作过程中由于内压和温度场的影响会不可避免地产生焊接残余应力,对应力腐蚀开裂造成很大的影响。本文采用有限元法对套管修复产生的焊接残余应力进行研究,编写了套管修复纵向双工焊接和环向焊接的移动热源子程序,与套管内压进行耦合计算,得到了套管温度场及应力场分布规律。结果表明,环焊缝焊接接头处产生的环形应力最大,轴向应力次之,径向应力最小。内管上纵焊缝区域的残余应力很小,对内管强度不产生影响。在套管纵焊缝和环焊缝的T型接头处的应力水平较高,已经达到材料屈服强度,成为最薄弱环节,应该引起足够的重视。     

焊接过程三维应力变形数值模拟研究进展

焊接非平衡加热、冷却过程导致产生焊接应力与变形，严重影响焊接过程及结构的服役行为，是焊接结构生产制造过程中必须解决的关键技术问题之一。作者对目前国内外焊接过程中焊接应力与变形的数值模拟研究及工程应用进行了分析。结合研究小组的研究工作，对大型复杂结构焊接过程中三维焊接应力变形数值模拟存在的困难、需要解决的主要技术问题进行了评述，并介绍了几个工程应用实例。     

焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

焊接顺序对T形接头残余应力和变形的影响

采用有限元热弹塑性分析方法对T形接头不同焊接顺序的残余应力和变形进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,分析了材料物性参数随温度的变化和对流、辐射散热的影响.运用单元生死技术模拟T形接头多道焊接过程,获得了不同焊接顺序T形接头焊接温度场和残余应力、变形场,并对计算结果进行了分析.结果表明,焊接顺序对T形接头的残余应力和...     

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.     

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.     

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.     

单元类型对焊接数值计算精度的影响

焊接数值模拟分析过程中,在保证网格质量的前提下,单元类型及网格类型的选择对计算结果的精确性产生明显影响。以大型有限元分析软件Marc为计算工具,采用四面体网格和六面体网格对平板对接接头进行离散,同时分别采用一阶单元和二阶单元进行分析。结果表明:四种单元类型下的焊接仿真变形趋势与实际焊接变形趋势一致,但是计算结果有较大差异。当焊接方法为MAG焊,网格尺寸为2 mm时,采用六面体8节点单元能较好地模拟焊接结构的变形情况。但是当焊缝位置网格尺寸发生变化时,如何选取单元类型需要进一步的分析。     

超声冲击改善6061铝合金焊接残余应力的数值模拟

运用ANSYS有限元软件对无应力和存在焊接残余应力的6061铝合金试板的超声冲击过程进行了数值模拟,并和实测结果进行了对比.结果表明,对于无应力试板,冲击中心表面为压应力,周围为拉应力;在冲击中心沿板厚方向,应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随冲击过程的进行,材料整体应力水平不断提高;对于存在焊接应力的试板,增加载荷位移,冲击区域的应力降幅也随之增大,最大拉应力逐渐向母材区转移且其峰值也不断下降,应力降幅符合实测结果.