焊后处理对转向架SMA490BW钢焊接接头疲劳性能的影响

本文分别对焊趾TIG熔修、焊趾TIG熔修+退火处理、焊趾TIG熔修+超声波冲击处理这3种焊后处理状态下的转向架构架材料SMA490BW钢的T形焊接接头进行四点弯曲疲劳试验,拟评估3种焊后处理方法对不同焊接方法焊接接头疲劳性能的影响。试验结果表明:焊趾TIG熔修使焊趾处形成了过渡圆滑的重熔区,降低了应力集中程度,改善了接头的疲劳性能;焊趾TIG熔修+退火处理可使熔修区及其热影响区的组织明显细化,减少残余拉应力,进而改善接头疲劳性能;焊趾TIG熔修+超声波冲击处理改善了焊趾的几何外形,降低了焊趾处的应力集中程度,将残余拉应力转变为压应力,并改善了接头区域的微观组织,显著提升了接头疲劳性能。     

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...     

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.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟;Ti（C，N）／40Cr钎焊接头残余应力数值计算;分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响;高频焊管残余应力的测量及三维有限元数值模拟;基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测;     

蠕变对焊后热处理残余应力预测精度和计算效率的影响

基于MSC. Marc软件平台,开发了考虑蠕变效应的热-弹-塑性有限元计算方法。采用该方法模拟了Q345平板接头TIG重熔焊接过程和焊后热处理过程中的应力场,并重点研究了焊后热处理过程中蠕变效应对焊接残余应力的影响,基于数值模拟结果研究了焊后热处理消除残余应力的机理。同时,采用盲孔法实测了焊接及热处理后平板接头的残余应力,并与数值模拟结果进行了对比。此外,还探讨了2种不同的蠕变模型对焊后热处理残余应力计算精度的影响,针对Q345低合金高强钢,提出了一种简易高效、适合于工程应用的蠕变模型。结果表明:数值模拟得到的残余应力与实验值吻合良好,验证了所开发的集成计算方法的有效性。热处理计算过程有必要考虑材料的蠕变效应,否则会严重高估热处理后的残余应力。采用本工作提出的简易蠕变模型,在较少损失计算精度的前提下可使计算效率提高10倍左右。     

铝合金MIG焊L形接头的有限元分析及试验验证

以12 mm厚轨道车辆用铝合金板多层多道MIG焊为研究对象,采用热弹塑性有限元分析和试验验证的方法进行研究。采用更符合实际工况的边界条件简化方法,建立了L形接头单边V形坡口的有限元模形,模拟并分析了L形接头焊接过程中的温度场、应力场和焊接变形,发现有限元法可准确模拟多道焊的热积累效应,预测焊接构件的残余应力和变形分布;同时开展了L形接头多层多道MIG焊试验,并采用盲孔法测量焊后残余应力,对比模拟和实测结果发现,模拟和实测的残余应力在变化趋势和峰值上吻合良好,验证了数值模拟模形的准确性。     

焊接参数对异种钢接头热应力影响的数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS，对电站锅炉内使用的珠光体耐热钢G102和奥氏体不锈钢SUS304的异种钢接头的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟，并采用不同焊接参数及其焊后去应力热处理进行了对比性分析计算。在双道焊的数值模拟过程中，采用生死单元法，逐道激活焊缝参与计算。结果证明：双道脉冲焊时接头热影响区较窄，应力峰值较低。结果还表明焊后热处理能有效改善接头残余应力的分布状况。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

残余应力释放工艺对T形接头焊接残余应力及疲劳寿命的影响

为探究过载处理与热处理工艺对T形接头焊接残余应力释放及其作用下疲劳寿命的影响，对T形接头焊接过程进行有限元模拟，揭示了焊接残余应力分布特征及其对焊后疲劳寿命的影响规律，分析了过载处理与热处理对焊接残余应力释放效果及疲劳耐久性的影响，进一步探究了保温时间与热处理温度对T形接头焊接残余应力影响。结果表明：采用过载处理与热处理方法，T形接头焊接残余应力分别降低了63.8%与61.0%,其疲劳寿命分别延长了1倍与5倍；焊接残余应力的释放主要发生于热处理开始阶段，保温阶段残余应力的释放较小，冷却阶段残余应力有略微反向增大。为利于释放焊接残余应力，建议在冷却阶段严格控制构件均匀降温；焊接残余应力随热处理温度提高而减小，且保温时间对焊接残余应力影响不太明显。     

考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.     

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接节点疲劳性能的影响

对焊趾氩弧(tungsten-arc inert-gas welding,TIG)熔修与否的10Ni5CrMoV钢大角度焊接节点进行了疲劳试验,比较了相同加载条件下的疲劳寿命、载荷与位移关系及疲劳裂纹启裂位置,同时测量了焊接接头残余应力,并采用有限元计算方法对承载条件下焊接节点的应力应变场进行了分析.结果表明,焊趾TIG熔修显著提高了10Ni5CrMoV钢焊接节点的疲劳性能,在相同承载条件下使焊接节点的疲劳寿命提高了34%.其主要原因在于TIG熔修能有效改善焊趾处的几何形状、降低应力集中程度,从而降低焊趾在承载条件下的应力应变水平,使焊接接头疲劳性能得到提高.     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

钛合金薄板带热沉的TIG焊温度场

采用数值模拟和试验相结合的方法比较研究了钛合金薄板常规钨极氩弧焊(TIG)及带热沉的TIG焊焊接过程中温度场的形态与演变历史。相对于预置温度场的静态焊接应力和变形控制技术,带热沉的TIG焊接技术又称动态控制低应力无变形焊接技术(DC-LSND,Dynamically controlled low stress no-distortion)。该技术中。在热源之后紧随起冷却作用的热沉装置。研究结果表明。采用DC-LSND技术在热沉附近形成了中间低两边高的马鞍形温度场,热沉作用部位存在温度低谷,该温度区冷却收缩造成对附近高温区的拉伸作用,使焊缝不协调应变减小,焊缝中的残余拉应力降低,防止了焊接变形的产生。对DC-LSND畸变温度场的研究是了解这种方法控制变形机理的前提。     

Numerical simulation of temperature fields for T-joint during TIG welding of titanium alloy

Three-dimensional finite element model was established to simulate temperature fields of T-joint titanium sheets during TIG welding with finite element method （FEM） software. Temperature dependent material properties and the effect of latent heat were considered. A technique of element birth and death was used to simulate the process of welded metal filling. Dynamic variation process of temperature fields during T1G welding was achieved. The simulated results agreed well with the measured results.     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

T形接头的焊接温度场三维动态有限元模拟

采用有限元分析软件SYSWELD,建立了三维有限元模型,考虑材料物理性能参数随温度变化、对流和辐射散热以及相变潜热等因素的影响,对低碳低合金钢T形接头的焊接温度场三维动态过程进行了计算,获得其温度场的分布规律,考察了不同时刻的温度场云图和不同位置的焊接热循环,研究了换热系数对温度场分布的影响,并对计算结果进行了分析和试...     

焊趾处理工艺对10Ni5CrMoV钢低周疲劳性能的影响

对原始焊态、焊趾氩弧熔修、焊趾打磨和焊趾针击处理的10Ni5CrMoV钢堆焊试板分别进行了四点弯曲低周疲劳试验、焊接残余应力测量和焊趾应力集中系数计算.结果表明,焊趾氩弧熔修对低周疲劳性能改善作用明显,疲劳寿命提高幅度平均达98%;焊趾打磨对低周疲劳性能无明显改善作用;焊趾针击处理对低周疲劳性能有一定改善,但改善幅度不如焊趾氩弧熔修,其对疲劳寿命的提高幅度平均为45%.对低周疲劳寿命、残余应力和应力集中系数的综合分析结果表明,应力集中是影响焊接接头低周疲劳性能的关键因素,改善应力集中是提高焊接接头低周疲劳性能的有效途径.     

有限元分析热物理参量对焊接残余应力峰值特征的影响

利用非线性有限元方法对平板TIG焊进行了数值模拟.使用随温度变化的材料热物理参量,采用双椭球热源模型,研究了热导率、比热容及密度三个热物理参量对焊接残余应力的影响.结果表明,热导率降低可使焊接残余应力升高,纵向残余应力峰值会从双峰特征过渡到单峰特征;比热容降低可使焊接残余应力峰值降低;密度增大可使焊接残余应力增加,纵向残余应力峰值的双峰效应逐渐减弱;因此,热导率、比热容和密度3个参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为2024—T4的铝合金平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.     

316不锈钢超薄板脉冲激光焊残余应力及变形

在超薄金属板焊接过程中,残余应力及变形对产品质量有重要影响.文中研究了316不锈钢超薄板（厚度为70 μm）脉冲激光焊接过程的残余应力和焊接变形.采用热-弹-塑性有限元法和半椭球移动热源模型,考虑模型的几何和材料非线性因素,采用顺序耦合的方法对超薄板结构的温度场、应力-应变场进行模拟.采用光纤激光器对70 μm的316不锈钢板进行焊接,用红外测温仪对特征点热循环进行测量,用激光位移传感器测量了焊接变形,用X射线衍射应力测试仪测试了残余应力.结果表明,温度场、残余应力、变形的模拟计算结果与试验结果吻合.