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。     

大型电机转子焊接残余应力的数值分析

利用轴对称模型研究了大型电机转子焊接残余应力分布规律 ,探讨了单层单道焊情况下两侧同时焊接、热套、预热等工艺以及三层四道焊情况下焊接顺序对焊接残余应力的影响。研究结果表明 ,磁轭圈与辐板焊接后在焊缝及其周围区域产生较大的三向残余拉应力 ;两侧同时焊接可大大降低径向残余应力 ;热套可降低三向残余拉应力 ,热套后直接焊与热套后先冷却后焊相比效果更佳 ;预热可以降低周向残余拉应力 ;多道焊时径向残余应力主要取决于最后一层 ,尤其是最后一道焊缝 ;两侧的最后一道焊缝同时焊接可显著降低径向残余应力 ,而前面的焊道同时焊接与否并不重要。研究结果为优化生产工艺 ,降低残余应力提供了理论依据     

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。     

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。     

P91管道焊接残余应力数值模拟

Cr-Mo耐热钢最常见的问题是发生于焊接接头热影响区的Ⅳ型裂纹引起的失效,焊接残余应力水平起着重要的作用。本文基于大型有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的焊接应力计算程序,对P91钢焊接接头的残余应力场进行了模拟。研究结果表明:轴向和径向残余应力均呈拉应力状态;焊接残余应力最大值集中在靠近母材的热影响区附近,并且焊接残余应力集中部位与Ⅳ型裂纹的发生位置相一致。     

预置应力对焊接残余应力峰值的影响

运用三维热塑性有限元法对不同预置应力下搭接接头角焊缝的焊接残余应力的影响进行了分析,提出了通过预置应力来降低焊缝根部的焊接残余应力峰值,从而提高结构的使用寿命的方法。     

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。     

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。     

压力容器接管焊接残余应力及变形的数值模拟研究

以含有六个接管的1000MW级压水堆核电站反应堆压力容器中筒体与接管连接处马鞍形焊缝为研究对象,利用热弹塑性有限元数值模拟方法详细研究了不同焊接线能量下马鞍形焊接接头处温度场、残余应力场以及变形的大小和分布情况,并在焊后将构件进行高温回火处理,即整体加热到610℃保温3 h后空冷。结果表明,在满足焊接的条件下,2.57 kJ/mm的线能量焊后焊接残余应力和变形均小于线能量为2.75和2.89kJ/mm焊后,焊后热处理使得焊接残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

液力变矩器固定块焊接残余应力的数值模拟

以液力变矩器固定块MAG焊为研究对象,建立了热-力耦合的三维模型,采用Sysweld模拟软件对不同焊接顺序、焊接方向下的焊接残余应力和零件变形进行数值模拟,分析了焊接顺序、焊接方向对焊接残余应力和零件变形的影响。通过与实际焊接变形量及热影响区域的对比,验证了模型的准确性。分析结果表明,焊缝的焊接方向对残余应力影响较大,较好的焊缝焊接方向是由外向内进行焊接。     

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.     

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣.计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小.最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响.最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大.相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据.     

薄板焊接残余应力尺寸效应

利用ANSYS大型有限元软件对对接薄板焊接残余应力的大小和分布进行了计算,得出了尺寸因素对焊接残余应力的影响规律,特别是过渡板宽、板长对焊接残余应力的影响,分析过程中考虑了材料的物理性能及力学性能随着温度的非线性变化以及金属的熔化潜热,使数值模拟结果尽量接近实际值.最后理论计算与试验结果相比较,结果是基本吻合的,所得结果可以进行残余应力预测.     

连续油管电阻焊残余应力场的数值分析

采用有限单元法,初步模拟了连续油管电阻直缝焊（ERW）、焊缝热处理和整体热处理时的残余应力场分布情况,以期为连续油管的国产化生产提供有价值的参考.结果表明,焊后残余应力集中分布在焊缝附近,焊缝中心残余应力值较大,管体其它部位应力很小,最大残余应力为477 MPa;经过焊缝热处理和整体热处理,残余应力均有所降低,最大残余...     

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。     

耐热钢厚壁管环焊残余应力的有限元分析

以热-弹塑性理论为基础，建立了厚壁管环焊残余应力的二维轴对称有限元模型，利用ANSYS有限元分析软件，模拟了耐热钢厚壁管环焊对接的应力分布。结果表明，焊缝内表面及其附近处的轴向应力和环向应力均是拉应力，而外表面是压应力，接头处内表面应力水平高于外表面；径向应力数值远低于环向应力和轴向应力；各方向残余应力的最大值均位于距管道外表层一定距离处，其数值大小接近于材料的屈服点应力。     

轿车车门铰链的焊接变形 II.凸焊焊后残余应力及变形分析

针对轿车车门凸焊后会产生焊接变形的具体情况,建立了一个铰链和加强板的二维有限元凸焊模型。利用凸焊工艺过程分析得到的凸焊焊接温度场分布结果,在自由状态下对模型进行了热应力分析,获得了凸焊焊接热变形和焊后残余应力的分布情况。并结合轿车车门焊接的实际,分析了焊后车门铰链的变形趋势,取得了与试验结果相一致的结论。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

环肋圆柱壳结构焊接残余应力和变形的数值模拟

运用有限元软件ANSYS的APDL语言,对耐压圆柱壳结构的焊接残余应力和变形编制计算程序,运用生死单元技术,对结构进行焊接热应力分析,得到环肋圆柱壳结构的焊接残余应力分布和焊接残余变形.计算结果表明,轴向焊接残余应力在结构肋骨附近呈双峰形态,以及残余变形在焊缝处(肋骨所在位置)最为剧烈,焊接轴向残余应力总体上来说比较小...     

轿车车门铰链的焊接变形II.凸焊焊后残余应力及变形分析

针对轿车车门凸焊后会产生焊接变形的具体情况，建立了一个铰链和加强板的二维有限元凸焊模型。利用凸焊工艺过程分析得到的凸焊焊接温度场分布结果，在自由状态下对模型进行了热应力分析，获得了凸焊焊接热变形和焊后残余应力的分布情况。并结合轿车车门焊接的实际，分析了焊后车门铰链的变形趋势，取得了与试验结果相一致的结论。