铝合金CT试样焊接残余应力重分布分析

对7005铝合金焊接试样建立有限元模型,模拟分析从试板提取紧凑拉伸试样(CT试样)后试样内部的残余应力重分布情况.结果表明,CT试样缺口开在焊缝中心线时,横向残余应力在试样中心线两端为压缩状态,中部为拉伸状态,纵向残余应力为压缩状态;缺口开在焊趾时,横向残余应力在两端为压缩状态,中部为拉伸状态,纵向残余应力为拉伸状态;...     

铝合金车体结构焊接残余应力研究

采用X射线衍射法(iXRD)对铝合金部件的焊后、调修、部件组装后及其调修和部件喷丸后的焊接残余应力进行无损测量,研究铝合金部件的焊接残余应力分布情况及其变化规律,验证喷丸工艺调整焊接残余应力措施,为调整铝合金焊接残余应力的工程化处理方法和焊接接头辅助增强的工程技术提供数据支撑,以改善焊接接头的抗疲劳性能.研究结果表明,...     

冲击压痕法测量残余应力中的塑性区问题

冲击压痕法作为近年来出现并已得到工程应用的一种新型残余应力测量技术,正在受到日益重视,已有试验结果表明,该方法的有效应用必须基于避开压痕周围的塑性区,利用压痕外的弹性区应变增量变化规律。但目前尚无定量的理论分析结果。本文采用有限单元法,通过数值分析研究了采用压痕法测定残余应力时压痕周围塑性区的变化规律,发现对于一般金属材料,当压痕直径为φ1.2mm、残余应力达到材料屈服强度时,从压痕中心算起的塑性区半径约为4mm。该塑性区尺寸为设计专用压痕法测量残余应力用应变花提供了重要依据。从而可以保证应力测量时将应变栅布置在塑性区外,避免塑性区的应变扰动导致压痕法测量残余应力时的线性规律发生偏离。     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

热处理强化铝合金焊接热-力过程数值模拟的改进

采用热加工历史不相关的屈服强度-温度单自变量材料模型进行热处理强化铝合金的焊接残余应力有限元分析，通常得到与材料屈服极限Rp0.2相当的纵向残余拉应力，这与实际测量结果明显不符。针对这一问题，通过分析热处理强化铝合金在焊接过程中经历的热循环、组织及性能变化特点，提出了包含固溶-软化和时效-硬化现象的热处理强化铝合金的热加工历史相关材料模型，建立了屈服强度与时间-空间-温度均相关的三自变量函数关系式。将该模型用于淬火-自然时效态2A12-T4铝合金TIG焊过程的有限元分析，得到53％Rp0.2的纵向残余应力，数值模拟的准确性具有实质性的改进。     

焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论

针对目前存在的一些对焊接残余应力形成机制和消除原理传统理论的质疑和不同观点，采用两端拘束杆件和长板各焊接的一维简化模型，分析比较了经受加热与冷却热循环以及直接从高温冷却下来时的应变历史和残余应力产生的机制。结果表明，前者存在残余压缩塑性应变，后者存在残余热收缩应变。两者对产生残余应力的作用完全是等价的，为了统一概念，建议引入固有应变理论。固有应变包括焊接过程中产生的塑性应变，热应变和相变应变，残余应力是在固有应变源作用下构件自动平衡的结果，消除焊接残余应力必须去除固有应变源，此外对若干容易混淆的问题进行了讨论。     

焊接结构和顺序对焊接残余应力影响研究

采用有限元软件MSC.Marc,对使用高强钢制造的工程机械常用局部加强贴板焊接结构进行焊接残余应力数值模拟计算分析。文中分别对四种不同结构和焊接顺序进行计算,对比分析结果表明:结构拘束和焊接顺序对焊接残余应力有重要影响,局部加强贴板增加结构拘束度,导致焊接残余应力增大;先焊主结构,再焊局部加强贴板,焊接残余应力最大。因此,合适地设计焊接结构和焊接顺序有利于降低结构的焊接残余应力,提高焊接结构的可靠性。     

改进型盲孔法在铁塔焊接接头热时效消除应力中的应用

铁塔的焊接接头在焊接过程中会产生残余应力。研究了焊接接头在热时效前后的残余应力大小和分布,结果表明,经热时效处理后焊接接头中的最大残余应力,纵向残余应力,横向残余应力和残余应力差分别降低了53％、52％、64％和46％,热时效消除应力效果良好。     

关于焊接残余应力消除原理的探讨

介绍了机械拉伸法、温差拉伸法、滚压法和低应力无变形焊接技术消除应力原理的传统观点,认为焊接时焊缝产生压缩塑性变形,消除应力的原理在于用拉伸塑性变形抵消、补偿压缩塑性变形。本文提出新的应力应变发展过程,指出焊缝不存在压缩塑性变形,一直受拉伸,熔合线附近处于脆性温度时承受较大的纵向拉伸应变,随着远离熔合线,应变值陡降。焊缝消除应力的原理在于用塑性应变减少甚至抵消弹性应变,在一般情况下是用拉伸塑性应变减少甚至抵消拉伸弹性应变。本文还阐述了各种消除应力工艺的原理并很好地解释了横向液化裂纹分布在熔合线附近和裂纹很短的现象。     

焊接结构残余应力的测定及其对疲劳裂纹扩展速率的影响

采用Ｘ射线法和切割应力释放法测定了焊接件残余应力的分布．研究了它们的分布规律．由于切割应为释放法可以近似模拟裂纹扩展时的残余应力的变化，从而查明了残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响。     

关于焊接残余应力形成机制的探讨

局部热处理是保证承压设备全寿命周期安全性的重要手段. 文中以某二甲苯塔分段筒节为研究对象,提出了一种主副加热分布式热源局部热处理方法,在传统单加热基础上,距离焊缝一定位置施加副加热区,主加热用于改善焊缝微观组织、消除部分残余应力,副加热在焊缝产生反变形,抵消主加热产生的“收腰变形”,消除焊缝内表面残余应力. 采用试验、数值模拟和理论分析,建立了主副加热局部热处理有限元模型,研究了副加热带温度、宽度、主副加热间距对应力消除效果的影响规律. 结果表明,采用传统单加热热处理方法,降温阶段,焊缝受到拘束作用在内表面产生新的二次应力. 主副加热分布式热源局部热处理利用副加热区的反变形,可以在焊缝内表面产生压应力. 主副加热带宽度、间距和副加热温度是应力消除效果的关键因素,提出了主副加热局部热处理工程设计方法,为重大承压设备局部热处理提供依据.     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

有限元分析热—力学参量对焊接残余应力峰值特征的影响

使用随温度变化的材料热—力学参量,采用双椭球热源模型,研究了弹性模量、线膨胀系数、泊松比三个热—力学参量对焊接残余应力的影响.结果表明,弹性模量增加可使焊接残余应力增大,纵向残余应力峰值从双峰特征过渡到单峰特征;线膨胀系数降低可使焊接残余应力峰值降低,纵向残余应力峰值的双峰与波谷差值也逐渐减小;随着泊松比的增加,纵向残余应力峰值逐渐下降.因此,热—力学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铝合金2024-T4的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.     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

局部锤击法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对混流式水轮机转轮在服役过程中出现裂纹的情况,在利用数值模拟技术研究局部锤击法对转轮焊接残余应力的影响的基础上,对某水电站转轮的焊接残余应力进行了研究.结果表明,普通工艺下,转轮叶片出水边附近的焊接残余拉应力的最大值出现在焊缝的熔合线附近;局部锤击法可以起到降低锤击部位的焊接残余拉应力的作用.当锤击部位的温度接近或超过材料本身的塑性温度时,叶片危险区域焊接残余应力峰值的降低效果非常明显;当锤击温度比较低时,残余应力的效果不明显.     

焊接结构机床件的残余应力测试研究

焊接机床床身凭借其设计制造过程周期短、效率高、绿色环保、柔性高、价格成本低等显著优势,具有很好的应用前景,将成为床身的发展趋势,近年来以钢板焊接结构代替铸铁件的趋势不断扩大。研究测试了国内外不同焊接结构机床件的残余应力,结果表明,所测床身的焊缝数量比较多,其最大残余应力为274.4 MPa;滑鞍的结构尺寸较长(620 mm×2 700 mm×252 mm),属于矮长件,焊缝较长、筋板较多,其最大残余应力为300.6 MPa;立柱的焊缝和筋板均相对较少、结构尺寸差异小,其最大残余应力为154.9 MPa;所测国外某滑鞍的最大残余应力为129.8 MPa,该滑鞍具有优良的结构设计、焊缝较少较短;优化结构设计、筋板布局和焊接工艺,采用合理的结构尺寸,减少和缩短焊缝是降低焊接结构机床件初始应力、获得高精度机床产品的基础。     

焊缝形貌对电子束焊接残余应力分布的影响

将焊缝截面形状简化为等腰梯形,利用ANSYS软件,采用变步长方法,开展了TC4钛合金板焊接残余应力的数值模拟.利用梯形中位线长度来控制焊缝体积,梯形的腰与竖直方向的夹角来控制焊缝形状,研究了焊缝体积和形状对焊接残余应力分布和大小的影响.结果表明,在焊缝体积不变的情况下,最大等效残余应力随焊缝锥度的增大而增大,并在θ＞6...     

灭菌器组合工艺焊接残余应力的消除与评价

针对国产脉动真空灭菌器内腔焊缝处多次开裂现象,围绕焊接残余应力及消除方法进行了系列研究.根据市场上灭菌器异种钢间断角焊缝特征设计了7种组合结构焊板,应用X射线法定量给出了残余应力分布规律,并对用焊后浇水速冷处理工艺消除残余应力的尝试进行了试验验证.结果表明,各种焊板残余应力均达到屈服应力,由此引起的应力腐蚀与腐蚀疲劳是灭菌器内腔开裂的直接原因;二氧化碳焊接工艺残余应力较焊条电弧焊高10%～22%,残余应力与加强筋类型基本无关;浇水速冷处理工艺可有效降低表面残余应力,降幅达50%～70%,提高疲劳极限12%～14%.有效降低焊接残余应力是解决内腔开裂的重要途径.