Inconel 625镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 625镍基合金管道的焊接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用ANSYS软件对该合金管道环焊缝对称焊的残余应力进行了数值模拟,分析了管道外表面轴向和环向残余应力分布,并进行了试验验证;此外,还分析了预热温度对管道残余应力的影响。结果表明:该合金管道焊后外表面轴向与环向残余应力的模拟结果与试验结果在数值和分布趋势上均比较吻合,证明了模型的准确性;在焊缝及近焊缝区的管道外表面形成了轴向压应力和环向拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,轴向压应力逐渐变为拉应力,而环向拉应力逐渐转变为压应力,并最终趋向于0;随着预热温度的升高,管道外表面轴向和环向残余应力均降低。     

相变对管道环焊缝残余应力的影响

利用ADINA程序计算了管道环焊缝接头未考虑相变和考虑相变两种情况下的残余应力,有限元分析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,考虑相变应力比未考虑相变应力,其外表面的轴向压应力值增加,内表面的拉应力值降低;外表面的环向应力出现压应力,内表面的拉应力值降低,最大拉应力的峰值区偏向近缝区.这说明相变应力对管道接头焊缝和近缝区有较大的影响.计算结果与实测结果基本一致,对焊接接头的金相组织分析也验证了计算结果.     

热输入对电机支架不同位置V型接头焊接热循环和残余应力的影响

利用非线性有限元软件Ma r c建立含6处V型接头的管状电机支架模型,模拟研究了热输入对6处V型接头起弧端热循环以及焊缝区残余应力的影响.结果表明:热输入越高,起弧端温度峰值越高,接头在加热和冷却过程中的受热越均匀;热输入对焊缝前端和末端焊接残余应力的影响较小;对于焊缝中段,热输入越大,焊接残余应力越小,并且除了接头Ⅱ外,其他接头焊缝中段残余应力均表现为拉应力.     

环焊缝管道焊接应力应变三维有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析程序,考虑材料力学性能依赖于温度变化　,对低碳钢管道环焊缝接头进行三维有限元分析。通过焊缝单元“死、活”选择,模拟了焊　接热源的移动过程。结果表明：焊缝及附近的轴向残余应力在内表面为拉应力,外表面为压　应力;焊缝及附近的环向残余应力在内、外表面均为拉应力。计算值与实测值基本一致,表　明有限元法能够有效地预测管道环焊缝接头的残余应力。     

球罐环焊缝接头残余应力的三维非线性有限元分析

建立了球罐环焊缝焊接温度场和焊接应力应变场三维移动热源有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,应用单元生死技术模拟焊接填充过程,模拟计算出移动热源作用下的温度场,以及以温度场为基础的环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律:温度场结果表明,由于焊接的热输入和速度不同,以及热源加载体积不相等,每道焊接的最高温度均不相等。应力场的分析结果表明,在球罐内表面的焊缝及近缝区,呈现双向残余拉应力(经向和周向),而在外表面的对应区域,经向残余应力是压应力,周向残余应力为拉应力。     

焊后热处理对20G钢焊接接头残余应力的影响

采用X射线应力分析仪和电子背散射衍射仪(EBSD)等分别研究了热处理前后20G钢焊接接头的表面残余应力和微区残余应力。结果表明:热处理前后焊接接头的表面残余应力均以焊缝为中心呈对称分布,且随距焊缝中心距离的增大而下降,热处理后的平均残余应力比热处理前的降低了7.21%;热处理后焊接接头焊缝区、热影响区和母材区的晶粒发生再结晶转变,晶粒得到细化;再结晶导致局域取向错配角的平均值减小,微观残余应力得到释放,且分布更为均匀,但焊缝区的微观残余应力依然较高。     

304不锈钢薄壁焊管表面残余拉应力的测定及消除

利用X射线应力测定仪采用不同的条件分别测定了304不锈钢薄壁焊管的表面轴向和切向残余应力,并研究了950℃保温30min水冷热处理前后其表面残余应力的变化。结果表明:采用铬靶Kβ辐射、2mm准直管测得的残余应力数据稳定且绝对误差小;热处理前薄壁焊管表面存在较大的残余拉应力,且焊管表面切向残余应力大于轴向残余应力;热处理后,表面拉应力变为压应力。     

不同拘束状态对Q345钢多层多道焊残余应力影响

基于有限元软件SYSWELD,对Q345钢多层多道对接接头进行了温度场、相变、应力场多物理场耦合计算,得到了三种不同拘束状态下的残余应力分布规律。通过采用非线性混合硬化模型模拟加工硬化,对Q345钢多层多道对接接头残余应力场进行了仿真计算、仿真结果对比和X射线测试,吻合度较好,焊缝区和热影响区纵向残余应力均为拉应力,其中最大残余拉应力出现在焊缝区,随着离焊缝中心距离增加,纵向残余拉应力逐渐减小;同时焊缝区残余应力峰值随着拘束度的增加而增加,但是增加幅度有限。     

成型过程对焊管残余应力的影响

采用盲孔法对UOE、JCOE、HSAW焊管的残余应力进行了分析,重点对不同工艺条件下HSAW焊管的残余应力进行了分析。结果表明:UOE焊管厚度方向的双向(周向、轴向)平均拉应力水平较低,峰值拉应力出现在焊管的内表面;JCOE焊管的双向平均拉应力水平略高,但峰值拉应力出现在外表面;成型参数合适的HSAW螺旋焊管的平均残余应力可以达到(UOE或JCOE)直缝管的水平,但其内表面的峰值拉应力均明显高于直缝焊管的,且当螺旋焊管成型下压量过大时,将导致平均残余应力及峰值均有很大提高。     

车灯塑件退火状态下应力松弛规律研究

针对注塑件中普遍存在残余应力这一问题,以材料为聚碳酸酯(PC)的车灯塑件为例,对注塑件在退火工艺下的应力松弛规律进行了研究,对工业玻璃在退火状态下的应力松弛计算公式进行了分析,提出了一种针对聚碳酸酯(PC)材料在退火状态下的应力松弛的数学模型。采取实验的方法,利用钻孔法对3种不同退火状态下得到的车灯塑件的残余应力进行了检测,根据其中测得的两组残余应力数据计算出了应力松弛数学模型中的待定参数,建立起了退火时间、退火温度、退火前残余应力以及退火后残余应力四者之间的关系,并将由该数学模型计算得到的残余应力与第3组测得的残余应力数据进行了对比。研究结果表明,通过由模型和实验得到的结果两者的误差非常小,因此说明该数学模型具有较高的可靠性与准确性。     

混烃球罐的开裂原因

在停车检验期间某混烃球罐下极带环焊缝处存在大量表面裂纹,采用X射线应力测定仪对裂纹集中部位的残余应力进行测试,并通过化学成分分析、力学性能测试、断口微观形貌观察等方法对球罐开裂的原因进行了分析.结果表明:球罐下极带环焊缝熔合线和热影响区处发生了硫化物应力腐蚀开裂;在腐蚀介质及较大的残余拉应力作用下,裂纹在残余拉应力最大的下极带环焊缝热影响区萌生,随后以穿晶和沿晶形式扩展至熔合线.焊接前应合理选材,选择适合的焊接和热处理工艺,提高球罐安装后去应力热处理的质量,以降低残余拉应力;焊接后通过隔绝腐蚀介质、除去介质中硫化氢或水的方法降低开裂敏感性.     

焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对Q345钢焊接残余应力与变形计算精度的影响

建立合适的材料模型是有限元法准确预测焊接残余应力与变形的关键.基于有限元软件ABAQUS,采用热-弹-塑性有限元方法模拟Q345低合金高强钢平板对接接头的焊接残余应力与变形,探讨焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对焊接残余应力和变形的影响.数值模拟结果表明,与理想弹塑性模型预测的结果相比,材料模型区分考虑母材和焊缝金属的屈服强度会明显增加焊缝及其附近区域的纵向残余应力,材料模型考虑材料的加工硬化及退火软化效应会显著增加焊接接头下表面的纵向和横向残余应力,材料模型考虑焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化及退火软化效应对平板对接接头角变形的影响较小.比较计算结果与试验结果可知,为准确地预测Q345钢接头焊接残余应力与变形,材料模型要区分考虑母材与焊缝金属的屈服强度、材料的加工硬化及退火软化效应.提出的材料模型为采用数值模拟方法高精度地获得Q345低合金高强钢接头或结构的残余应力与变形奠定了理论基础.     

焊接顺序对TC4钛合金TIG焊T型接头残余应力和变形的影响

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明：模拟得到焊接热循环曲线与试验曲线基本吻合,峰值温度相对误差小于5%,证明模型准确;3种焊接顺序所得T型接头的纵向残余应力在靠近焊缝处均表现为拉应力,远离焊缝处均表现为压应力,方案1接头位置残余应力变化梯度最小;方案1所得接头的变形最小,焊后翼板垂直度最优,因此双侧同时同向焊接更适用于需要严格控制构件焊接整体变形的场合。     

改善管道环焊缝接头残余拉应力的研究

本文对管道环焊缝残余应力的产生机理与分布规律进行研究。通过调整应力分布的工艺,可以显著降低焊接接头内表面残余拉应力,甚至产生压应力,从而提高管道抗应力腐蚀开裂的能力。     

超高强耐磨钢NM500多层多道对接接头残余应力的研究

基于SYSWELD软件平台,以新型NM500钢的多层多道对接接头为研究对象,开发一种考虑固态相变的“热-冶金-力学”耦合计算方法来模拟对接接头的温度场、组织体积百分数以及焊接残余应力。同时,采用光学显微镜观察对接接头的显微组织,采用显微硬度计测量接头硬度分布,以及采用小孔法测量对接接头表面残余应力。数值模拟结果与试验测量结果的比较表明：使用实际焊接热输入模拟得到的对接接头超过冶金熔点以上的温度区域与实际焊接接头熔化区吻合较好;纵向残余应力峰值位于紧邻热影响区的母材上,其值约为1 600 MPa,与母材的常温屈服极限相当;横向残余应力在焊缝厚度方向呈现“拉-压-拉”的分布形态。总体而言,数值模拟得到纵向及横向残余应力的大小及分布与试验测量结果吻合较好,验证了“热-冶金-力学”耦合计算方法的有效性。基于数值模拟结果,探讨了NM500钢多层多道对接接头焊接残余应力的形成机理。     

搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊焊接接头的残余应力

利用X射线衍射法测量了铝合金搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊(TIG)焊接接头表面的残余应力分布.结果表明:两种接头在焊缝区及其周围的残余应力存在着明显的变化,在平行于焊缝方向,应力呈"W"型的分布,焊缝外残余应力值迅速下降;钨极氩弧焊焊接接头残余应力的最大值位于热影响区;在热影响区,搅拌摩擦焊接接头残余应力平均值比TIG焊接接头的约低15%～25%.     

焊缝多次返修对接头性能影响的试验研究

焊缝多次返修与接头性能的关系是压力容器界十分关心而又有争议的问题,国内外试验及资料甚少。本文以16MnR钢瓶为对象做了五次焊接返修和焊接热模拟试验,进行了碳元素测定、机械性能和断裂韧性试验、金相组织观察和残余应力测定。结果表明:多次返修时碳弧气刨引起的微量渗碳未对接头性能带来危害;过热区晶粒度、金相组织与返修次数无关;接头硬度、冲击韧性和断裂韧性也未因多次热循环而降低;但焊缝多次返修造成接头残余应力增加;消除应力退火热处理可消除多次返修后较高的残余应力,并改善其组织和性能。     

镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头应力场的有限元模拟

利用ABAQUS有限元软件建立了镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头的有限元模型,对焊接过程中接头的应力场进行了有限元模拟,分析了不同的焊接参数和约束条件下应力场的变化规律,并对模拟结果进行了试验验证。结果表明:随着焊接过程的进行,焊缝处的横向应力和纵向应力均由压应力向拉应力转变;在焊接接头完全冷却后,镁侧的最大横向残余拉应力值为88MPa,钛侧的为192MPa;在焊接接头完全冷却后,焊缝两侧的纵向残余拉应力峰值基本相等,大约为220MPa,钛侧的纵向残余压应力值较大,最大值为265 MPa;采用耦合约束后,模拟得到的残余应力值与试验测试结果更接近。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

安全卸压管安全端异种金属焊接残余应力影响因素的研究

焊接残余应力是造成接管安全端异种金属焊缝发生应力腐蚀开裂的重要因素。利用有限元方法,主要研究了安全端长度、焊接约束条件和同种金属焊接对异种金属焊接残余应力的影响。结果表明,安全端较短(w/t=0.5)时,安全端侧采用固定约束有利于减小异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会大幅降低;安全端较长(w/t=4.0)时,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力对安全端侧的约束条件不敏感,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会增大。