输气管线在役焊接管道内壁变形的数值模拟

采用焊接过程数值模拟软件SYSWELD研究了输气管线在役焊接过程中管道内壁的变形,并和常规焊接进行了对比.结果表明,对于在役焊接近缝区的一点,随着焊接热源的靠近,变形量逐渐增大,当焊接热源经过该点时变形量最大,在随后的冷却过程中,变形量减小.在役焊接时焊接接头的变形与常规焊接有较大差异,在役焊接过程中接头的瞬态变形和残余变形均为外凸变形;而对于常规焊接,随着焊接冷却过程的进行,逐渐由外凸变形过渡为内凹变形,最终的残余变形为内凹变形.随着焊接热输入的增大,在役焊接接头近缝区的瞬态变形和残余变形均增大,远离焊缝中心区域的瞬态变形和残余变形随着热输入的增加而减小.     

天然气管道在役焊接径向变形数值模拟

采用焊接模拟软件SYSWELD研究了压力及修复时间对天然气管道在役焊接径向变形的影响,并进行了试验验证.结果表明,在0~4 MPa压力范围内,径向变形量随压力的增大而增大,在4~6 MPa压力范围内,径向变形随着压力的增大而减小,并在6 MPa压力时近似等于常压焊接的变形量;随着焊接修复时间的增加,径向变形量逐渐增大,具有时间效应;预测焊接烧穿时,瞬时径向最大变形法优于内部点径向变形法.     

基于SYSWELD的运行管道在役焊接热循环数值模拟

采用焊接过程数值模拟软件SYSWELD建立模型,以水为运行介质,对X70管道在役焊接粗晶区的热循环进行了数值模拟,探讨了介质流速、管道壁厚和焊接热输入等因素对在役焊接热循环的影响规律,并对数值模拟结果进行了验证.结果表明,在役焊接粗晶区t8/5值随着水流速度的增大而减小,但减小的幅度不大;当流速小于0.5 m/s时,t8/3和t8/1随流速的增大而大幅减小,当流速大于0.5 m/s时,t8/3和t8/1随流速增大而缓慢减小.t8/5和t8/3均随着管道壁厚的增加而先增大后减小,在壁厚为8 mm时达到最大值;t8/1随着壁厚的增加而逐渐增大.随着焊接热输入的增加,t8/5,t8/3和t8/1均增大.焊接热循环计算结果和实测结果吻合较好,相对误差小于8%.     

Influence of pipe parameters and heat input on thermal cycle of in-service welding onto active gas pipeline

The software of SYSWELD was used to build model and simulate thermal cycle of in-service welding onto active gas pipeline. Influence of pipe diameter, wall thickness and heat input on thermal cycle was studied. The results show that t8/5,t8/3 and peak temperature of inner surface decrease when wall thickness increases from 5 mmto12mm.But t8/1 will increases with the increase of wall thickness and will decrease after the wall thickness is larger than 7mm.Pipe diameter has little influence on thermal cycle and that influence can be ignored when pipe diameter is greater than 273mm T8/5,t8/3,t 8/1 and peak temperature of inner surface will increase with the increase of heat input.     

Influence of pipe parameters in-service welding and heat input on thermal cycle of onto active gas pipeline

The software of SYSWELD was used to build model and simulate thermal cycle of in-service welding onto active gas pipeline. Influence of pipe diameter, wall thickness and heat input on thermal cycle was studied. The results show that t8/5 , t8/3 and peak temperature of inner surface decrease when wall thickness increases from 5 mm to 12 mm. But t8/1 will increases with the increase of wall thickness and will decrease after the wall thickness is larger than 7 mm. Pipe diameter has little influence on thermal cycle and that influence can be ignored when pipe diameter is greater than 273 mm. t8/5 , t8/3 , t8/1 and peak temperature of inner surface will increase with the increase of heat input.     

天然气管道在役修补焊接过程的数值模拟

文中采用MSC·Marc软件对天然气管道在役修补焊接过程进行数值模拟. 采用的焊接方式为钨极惰性气体保护焊. 焊接过程中熔池底部未熔化材料受高温后强度降低,管道内部的压力易导致其失效. 温度场分析结果表明,当焊接电流为220 A时,管道内壁温度峰值为1 131 ℃,低于管道材料的熔点,该温度下材料的屈服强度远高于管道内压. 当焊接电流介于240~260 A范围时,容易发生焊透缺陷. 盖板周围为封闭环焊缝,其应力场相比于直焊缝较复杂,模拟结果显示其等效残余应力分布不对称,在焊缝的收弧区域出现峰值,220 A焊接电流下为212.3 MPa. 盖板沿着管道径向方向发生收缩变形,最大变形量为1.79 mm.     

天然气管道在役修补焊接过程中的数值模拟

以X70管线钢为研究对象,进行了不同温度和应变速率下的高温拉伸试验,获得了初始损伤阈值应变、临界损伤断裂应变、临界损伤值等损伤模型参数,建立了基于BONARO模型的损伤演化方程;模拟在役焊接损伤演化过程,并与在役焊接试验结果对比,研究介质压力、壁厚对在役焊接损伤演化行为的影响规律,研究发现在役焊接过程中,熔池下方内壁处最大熔深处后方1 ~ 2 mm区域为失效高风险区,损伤值在壁厚方向上由熔合线向内壁递减,管内介质压力的减小、壁厚的增大都会在一定程度上减小在役焊接过程中熔池下方的损伤值,从而减小烧穿失效的风险.     

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.     

X70钢高压输气管线在役焊接剩余强度尺寸效应数值模拟

通过X70钢高温拉伸试验与SYSWELD数值模拟相结合的方法,对X70钢高压天然气管线在役焊接的剩余强度尺寸效应进行了研究. 试验表明,700℃时,X70钢屈服强度为250 MPa,800℃时降为102 MPa,从800℃增至1 300℃进行拉伸,屈服强度非线性降至19 MPa. 使用等效缺陷法、有限元计算结果及X70钢的高温拉伸数据,对在役焊接管道的剩余强度进行了评价. 结果表明,当等效缺陷面积增加到原面积的1.1倍时,管道的承载能力从3.38 MPa下降到0.5 MPa;熔池长度对剩余强度的影响较小,熔池深度以及熔池宽度对剩余强度影响较大,剩余强度的分布更大程度受到熔池深度的影响,表现出明显的熔池尺寸效应.     

Three dimension simulation analysis of the interpass stress and deformation during multipass welding

It has been widely studied about the final residual stress and deformation in muhipass welding of thick weldments. But there is a lack of a clear understanding of the interrelationship of interpass stress and deformation during multipass welding. In this study, a three dimension numerical model of a sixteen-pass double V-groove welded joint with 50 mm plate is developed to compute the stress field and deformation by using multiple CPU parallel processing technology. The following factors such as the non-linear of temperature, heat radiation, filling of material step by step and so on are considered. Distribution and evolution law of welding stress in the transverse and longitudinal section is analyzed in this paper, and the interpnss stresses are studied also. At the same time the evolution course of angular deformation amount is analyzed, and the experimental results show that the calculated resuhs accord with the measured results of angular deformation.     

基于SYSWELD的地铁构架焊接变形数值模拟

通过SYSWELD焊接仿真软件的局部-全局法模拟计算了某地铁构架组焊时产生的焊接变形量,根据计算结果优化了焊接工艺,对构架设计提供数据支持。数值仿真计算结果与构架试制结果进行了验证对比,两者趋势吻合度高。通过这种方法可缩短产品试制周期,减少成本。     

基于相似理论的箱型结构焊接应力与变形的数值模拟

从基于温度场的相似准则出发,建立并推导出了均匀热源模型的相似条件,利用该相似条件,对平板对接焊和角接焊分别进行了温度场、位移场和应力场的数值模拟计算与对比分析.结果表明,原模型与相似模型的温度场、位移场和应力场误差相当小,其误差分别仅为3.7%,4.7%,3.8%.基于均匀热源相似条件,对箱型结构的焊接残余应力与变形进行了数值模拟,得到了相似箱型结构焊接残余应力的变化规律和变形量随距离的变化曲线,其变形量的数值模拟结果与实际测量结果误差仅为9.8%,进一步验证了均匀热源模型相似条件的正确性.     

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.     

城镇燃气钢质管道带压焊接工艺研究

阐述城镇燃气钢质管道带压焊接的意义,分析带压焊接工艺中避免产生氢致裂纹的条件。按照相关标准的要求,确定带压焊接适用范围。采用管材为Q235B,规格为D426 mm×7 mm的管件制成试验装置,以水代替天然气,模拟燃气管道实际运行条件,进行带压焊接试验,对试样进行检验。结果表明,在运行压力不大于0. 4 MPa,规格为D426 mm×7 mm的燃气钢质管道上实施焊接,可以避免产生氢致裂纹,同时对实施带压焊接工艺提出了合理化建议。     

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...     

双相钢电阻点焊应力与变形行为数值分析

文中对DP600电阻点焊过程进行了数值模拟,分析了预压、焊接和维持阶段热力学行为.结果表明,熔核尺寸预测值与试验结果基本保持一致.相比于其它位置,熔核中心点温度在焊接阶段升高较快,而在维持阶段则下降较为缓慢.在焊接过程中,电极/工件和工件/工件接触面的接触压强变化明显,并通过工件热膨胀变形行为进行解释.在焊接阶段结束时,熔核中心区域由于热膨胀不匹配而产生径向压应力状态,这由工件的热膨胀不匹配而产生.焊点温度在维持阶段迅速下降,中心区域的压应力因此得到部分释放.另外,在模型中可以观察到与试验结果较为一致的工件间缺口及劈尖形区域.     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

Numerical simulation of the welding deformation for the side sill of the bogie frame based on local-global method

Considering the limitation of computational capacity, a new finite element solution is used to simulate the welding deformation of the side sill of railroad car＇ s bogie frame based on the local-global method. Firstly, a volumetric heat source defined by a double ellipsoid is adopted to simulate the thermal distributions of the arc welding process. And then, the local models extracted from the global model are computed with refined meshes. On these bases, the global distortions of the subject studied are ascertained by transferring the inner forces of computed local models to the global model. It indicates that the local-global method is feasible for simulating the large welded structures by comparing the computed results with the corresponding actual measured values. The work provides basis for optimizing the welding sequence and clamping conditions, and has theoretical values and engineering significance in the integral design, manufacturing technique selection of the bogie frame, as well as other kinds of large welded structures.     

16Mn管线钢在役焊接试验研究

采用自行研制的在役焊接试验装置,研究了不同冷却条件、不同线能量下在役焊接热循环曲线规律以及压力、冷却条件、线能量对焊接热影响区的粗晶区组织的影响规律,并分析不同条件下显微组织发生变化的原因,为制定热轧钢在役焊接工艺提供了理论依据。