转向架焊接残余应力的测试及退火工艺

利用磁弹性法测量了材质为16MnR的CW-200型焊接转向架构架一定深度处的残余应力,分析了热处理前后构架中残余应力的分布及变化规律,并且研究了不同的退火工艺对焊后构架残余应力的影响.结果表明:构架焊接后存在较高的残余应力,在牵引杆座与横梁焊缝处最大值达到193MPa拉应力;而经过不同的去应力退火工艺处理后,残余应力的消除率不同.在630℃退火、保温3h工艺条件下试验用构架残余应力平均消除率最高,X、y方向的最大消除率分别为58.3％和54.6％.     

用局部逐层去除法测量厚壁圆筒的内部残余应力

采用局部逐层去除法对厚壁圆筒热处理后的残余应力进行测量,拟合得到了圆筒轴向和环向残余应力的分布规律。结果表明,局部逐层去除法能有效地得到厚壁圆筒热处理后内部残余应力的大小及分布;厚壁圆筒热处理后的轴向残余应力在焊缝区域为压应力,内、外表面距离焊缝较远的区域为拉应力,且拉应力的最高值出现在厚壁圆筒接头的外表面热影响区附近,内部为压应力;厚壁圆筒热处理后环向残余应力在焊缝区域为拉应力,峰值出现在圆筒内部靠近内表面一侧,焊缝周围的母材区域为压应力。经过焊后热处理,厚壁圆筒的残余应力总体水平相对较低,环向残余应力和轴向残余应力均降至100MPa以下。     

热风炉炉壳高温段的去应力退火

马钢4080M3高炉的热风炉顶部焊缝的去应力退火,现场使用的是整体退火和局部退火相结合的方法实施的,即分段组装好的炉壳在现场设置的退火炉内退火,炉壳吊装后形成的环缝,使用履带式加热器铺盖在焊缝上局部退火,经试验,效果良好。     

石油膨胀套管的力学性能及膨胀后的残余应力

针对选用的X52石油膨胀套管,通过不同的热处理工艺进一步改善其膨胀性能,研究了膨胀加工前后材料性能的变化规律.对于经扩径膨胀率达20%的管材,使用应力释放法测量了膨胀前后内外壁及焊缝熔合区、热影响区的轴向和环向残余应力.结果表明:经扩径膨胀后,管外壁的轴向和环向残余应力均为残余压应力,焊缝熔合区和热影响区的残余应力由拉应力向压应力转化,其中轴向残余应力变化幅度较大;管内壁膨胀后轴向与环向的残余应力均为残余拉应力.另外,对于不同膨胀率下力学性能与残余应力之间的关系中呈现的异常现象也进行了分析.     

HG785高强钢焊接残余应力试验研究

利用X-射线法对HG785高强度钢焊接残余应力进行了测试,得到了该材料焊后残余应力的大小及分布规律;并探索了不同深度方向焊接残余应力分布特点。通过试验发现经对接施焊后,表面残余应力主要表现为残余拉应力,最大幅值可达760.4 MPa,为试验件材料屈服强度的92.2%,几乎接近屈服强度。试验结果表明,内部残余应力较表面应力有所降低,在焊缝中心的残余应力值降幅较小;而在远离焊缝中心区域的应力值降幅明显,部分区域甚至出现了残余压应力。     

管道环焊缝应力消减与评价方法

焊接完成后环焊缝区域产生残余应力,导致管道有效承载能力和安全裕度降低,选择有效的应力消减措施和评价手段对确保焊接管段服役安全有重要工程价值。将超声冲击应力消减技术和矫顽力法应力评价技术在带有环焊缝的X80焊接管段进行应用,对比焊缝区域消减前后显微组织、残余应力、力学性能变化。结果表明：消减前焊趾熔合线处显微组织为层带状分布,消减后晶粒变小,转变为交织分布,晶粒分布更加均匀;焊缝中心矫顽力普遍减小,残余应力由拉应力消减后转变为压应力,应力集中程度降低;力学性能尤其是冲击韧性提高了13%～21%,拉伸力学性能变化较小;经过超声冲击的服役管道环焊缝处应力水平显著降低;超声冲击和矫顽力法是油气管道环焊缝焊后应力消减及评价的有效手段。     

焊接工艺对不同基体HT250粗晶区组织性能的影响

针对大中型铸件先焊补后退火、焊补中出现裂纹的问题,利用铸铁消除白口化退火得到更多的铁素体基体,增加其塑性,研究了在不同焊接电流、不同焊缝长度、不同堆焊工艺等焊接经860 ℃消除白口化退火的HT250铸铁试板的粗晶区组织、HV硬度和焊接应力大小等.结果表明:当焊接电流在100～110 A、焊接速度为180 mm/min、焊缝长度不超过40 mm时,HT250铸铁在860 ℃消除白口化退火后粗晶区的组织为珠光体和铁素体组织,消除白口化退火焊接与热焊工艺焊接残余应力基本相同.     

管板接头残余应力的数值模拟计算及测试

利用有限元软件ABAQUS进行换热器管板焊接接头残余应力数值模拟,获得了管板焊接接头径向和环向残余应力的计算数值.结果表明：最大径向残余应力出现在相邻角焊缝间的热影响区;环向残余应力最大值则位于焊缝根部焊趾,而实际使用中焊趾与换热介质直接接触,易造成换热管与管板连接处的应力腐蚀开裂.通过X射线衍射法测量了管板接头焊后、先焊后胀两种工艺热影响区的环向残余应力值,发现制造过程中采取先焊后胀的方法不但减小了换热管与管板的间隙,还使焊后残余应力值下降,甚至应力形成从拉应力转变为压应力,降低了管子与管板之间发生应力腐蚀的可能性.对比焊后环向残余应力的计算值与实测值,二者变化趋势一致.     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

石化在役设备的焊缝残余应力的消除与控制

石化设备在制造、使用和维修过程中进行补焊后都会造成焊缝残余应力的存在,由于焊缝残余应力加上设备在使用过程的交变载荷,会使存在焊缝残余应力的地方应力集聚增加,在焊缝有缺陷的位置造成焊缝开裂、甚至断裂,造成在役备的损坏。本文主要探讨了石化行业在役设备的补焊过程中如何合理采取工艺措施和控制方法来消除焊缝残余应力。     

打孔管道焊接修复结构的残余应力测试

输油管道上的打孔盗油案件时有发生。对被打孔的管道，只能采用焊接方法抢修，而焊接产生的残余应力影响管道承压能力和剩余寿命。为了解管道修复中焊接残余应力对管道完整性的影响，用钻孔法分别测试了打孔管道的不同焊接修复结构的残余应力，并和管道螺旋焊缝处的残余应力进行了对比。测试结果表明，焊缝近处存在残余应力，且距焊缝越近，残余应力越大。管道修复结构中的残余应力的第一主应力多为拉应力，其最大值为管材屈服极限的70．94％；管道螺旋焊缝处的残余应力的第二主应力为压应力，其最大值约为管材屈服极限的74.66％。同时在焊接接管的根部存在较大的残余应力。     

磁处理降低焊接残余应力中磁场方向的影响

为了解磁处理可降低铁磁性材料残余应力的内在机理和作用规律,通过实验研究了焊接试板在经不同磁场方向的磁场处理前后的残余应力分布,发现焊板平面内垂直于焊缝方向磁场处理后,焊缝区附近的残余应力有明显的降低;沿板厚方向磁场处理后,焊缝区附近残余应力也有所下降;而磁场方向沿焊缝方向进行处理,残余应力降低不明显。这说明磁场方向垂直于最大主应力方向时最有利于残余应力的降低。该文还初步分析了磁处理降低焊接残余应力时,磁场方向影响其效果的机理。     

脉冲磁处理法降低工程结构的焊接残余应力

尝试将脉冲磁处理方法应用到常用工程管板连接结构的降低残余应力处理中。首先采用数值模拟与试验测试相结合的方法确定结构上残余应力数值较大的“危险”区域,设计脉冲磁处理的磁化回路,采用数值模拟的方法模拟磁化过程中结构内部的磁场分布,然后选定适当的磁处理工艺对“危险”区域进行降低残余应力处理。磁处理后的测试结果表明脉冲磁处理可降低管板结构焊缝附近区域的残余应力值,残余应力状态得到明显改善。由此预计,磁处理方法可在类似的重要工程结构件上获得成功应用。     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

网架焊接空心球节点残余应力实测及数值模拟

为了研究焊接空心球节点中管球连接焊趾处残余应力的分布规律和数值大小,采用盲孔法对球面焊趾和管面焊趾处的焊接残余应力进行测定。得到焊接残余应力数值大小和分布规律。并采用Visual-Environment有限元模拟软件得到焊缝处温度场和残余应力场,以及残余应力分布曲线。结果表明:焊接残余应力在整个焊接空心球节点上呈周期性、随机性的特点,两者规律性吻合良好。同时,由有限元分析结果可知球面及管上均存在残余拉应力及残余压应力,并且在整个试件上焊接残余应力处于自平衡状态。研究结果将为后续研究焊接空心球节点网架结构的疲劳性能奠定基础。     

热处理对增材制造AlSi10Mg合金组织性能及残余应力的影响

 增材制造AlSi10Mg合金通常存在较大的残余应力,对材料的服役使用产生不利影响,故需要采用热处理对残余应力予以控制甚至消除。利用X射线衍射、光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射、维氏硬度和拉曼光谱试验,研究了成形态和退火态合金的显微组织、性能及残余应力。结果表明,成形态合金由过饱和Al固溶体和Si相组成,其中, Si相以网状共晶硅和弥散分布的纳米硅颗粒2种形态存在。同时,成形态合金的晶粒细小,其晶粒尺寸分布的d₅₀值约为10.4 μm。250~300℃退火使合金元素从过饱和Al固溶体中析出,形成平衡相Mg₂Si和Si相;且随着退火温度升高,合金元素析出越彻底。此外,退火还引起网状共晶硅和纳米硅颗粒粗化,促使晶粒长大并诱发再结晶。由于退火后合金中的细晶强化、固溶强化和弥散强化效果减弱,故合金的维氏硬度下降。然而,退火可以显著降低合金的残余应力,下降幅度达到60%~80%。因此,为更好地实现组织和性能调控,有必要针对增材制造铝合金的特点开发新的热处理制度。     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.     

爆炸消减钢桥面顶板-纵肋焊接残余应力的模拟分析

焊接残余应力会严重影响正交异性钢桥面的疲劳强度和使用寿命.爆炸处理方法已在冶金设备、压力容器及海上采油设施等大型焊接结构的残余应力消减中得到了应用,提出了焊接-爆炸处理全过程数值模拟流程,分析了顶板-纵肋焊接连接残余应力变化过程,考察了爆炸处理对钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力的消减效果.首先,采用热-结构间接耦合分析方...     

预拉伸铝合金板7075T7351内部残余应力分布测试

因残余应力而引起加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一。运用裂纹柔度法测量了铝合金预拉伸板7075T7351的内部残余应力，分析了内部残余应力的分布规律，并测出厚度为40mm的板长度方向最大残余拉应力为18．3Mpa，最大残余压应力为17．9Mpa。     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.