核级管端法兰面在线堆焊修复的残余应力

采用数值模拟的方法研究了某一核级管端法兰面在线堆焊修复过程中的焊接顺序及堆焊厚度对残余应力和变形的影响。模拟结果表明,由于法兰内外侧厚度不同以及内外壁连接管的刚性差异,采用从内至外的焊接顺序可以得到整体较小的焊接残余应力和变形。当堆焊厚度为20 mm时,外壁管道焊缝处的轴向残余应力接近材料的屈服强度;当堆焊厚度不超过15 mm时,外壁管道焊缝处的残余应力远低于屈服强度。采用优化的焊接工艺制作了等比例模拟件,并采用X射线衍射法测试模拟件的残余应力,计算结果与测试结果吻合良好,进一步验证了数值模型及模拟分析结果的可靠性。     

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。     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

焊接工艺参数对锚拉管焊接残余应力的影响

为了实现不同焊接工艺参数下残余应力的预测,进一步优化相应的焊接工艺,采用数值模拟与试验对比方法研究锚拉管焊接残余应力.利用有限元软件ANSYS模拟T形焊接试件残余应力并与实测应力值作对比,验证了数值方法的准确性.在此基础上,对不同的焊接电压、电流和速度等焊接工艺参数下的锚拉管残余应力进行数值模拟和对比分析.结果表明,锚拉管焊接残余应力与焊接电压、电流呈正相关关系,焊接电流对焊根处纵向残余应力峰值影响较大;与焊接速度呈负相关关系,速度越大,沿焊缝方向上的纵向残余应力明显减小,分布更加均匀,当达到5mm/s时,会出现锚拉管未完全焊,应力峰值位置发生偏移的情况;焊接速度可作为主要的控制参数.基于分析结果,提出锚拉管断面纵向残余应力分布简化模型,以便给锚拉管焊接残余应力研究提供参考.     

盾构切刀硬质合金与钢基体钎焊残余应力

针对盾构切刀容易出现焊接裂纹以及残余应力过大导致刀具切削时合金容易剥落的难题,建立了切刀钎焊热力耦合过程有限元分析模型,通过模拟计算和X射线衍射仪对残余应力进行试验验证,研究不同焊接结构切刀的钎焊温度场和残余应力场.研究结果表明,切刀刀头钎焊后冷却过程中温度场呈现梯度分布.当钎料厚度为0.25mm时,刀头应力危险区残余应力最小,160mm刃宽切刀的合金块数设计为3块可降低焊接残余应力、提高焊接强度.残余应力试验结果与数值模拟结果趋势基本吻合,钢基体表面为压应力.     

钢桥面板顶板-U肋双面焊连接焊缝焊接残余应力分析

为研究钢桥面板顶板-U肋双面焊连接焊缝的残余应力分布,建立了有限元模型.通过对比单面焊接与双面焊接模型计算结果,分析了顶板-U肋连接焊缝温度场与残余应力分布.同时讨论了顶板厚度与角焊缝焊接顺序对残余应力的分布影响.研究表明:相比单面焊,双面焊模型焊缝附近残余应力更低,且应力梯度更大,疲劳性能更优越.而增加顶板厚度和采用两条角焊缝先后焊接的操作顺序均有助于降低先焊接焊缝一侧的应力、增大焊缝附近应力梯度,并促使应力拐点的提前出现.     

板件厚度对钢桥面板顶板纵肋焊接残余应力的影响分析

为考察板件厚度变化对正交异性钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力的影响规律,采用ANSYS有限元软件的生死单元技术和热-结构耦合分析方法,对顶板-纵肋焊接细节进行了数值模拟,得到其焊接残余应力分布,并重点分析了板件厚度变化对焊接残余应力的影响规律.研究结果表明,横向残余应力在焊趾和焊根附近达到最大值,其数值约为材料屈服强度的2/3;纵向残余应力在焊缝中心处达到最大值,其数值已超过材料屈服点.板件厚度变化对纵向残余应力影响不明显,对横向残余应力影响较大,当顶板件厚度由12 mm增大到20 mm时,横向残余应力最大值增加45%.基于分析结果,建立了不同板件厚度的焊接残余应力统一分布模型,为顶板-纵肋焊接残余应力的研究与设计提供参考.     

波形钢腹板工字形梁焊接残余应力研究

采用数值模拟与试验的方法对Q345钢波形钢腹板工字形梁焊接温度场与残余应力分布进行了研究. 采用完全耦合法建立了波形钢腹板工字形梁热弹塑性三维有限元模型,得到其焊接温度场与应力场,并通过在有限元模型中定义多条研究路径的方法,研究了不同路径上纵、横向焊接残余应力的分布规律. 在波形钢腹板工字形梁的焊接过程中采用红外线测温法与电阻应变计法进行焊接温度与残余应力的试验研究. 结果表明：焊接残余应力的数值模拟结果与实测结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性和可行性;焊接过程中热源中心稳定温度高达1 401 ℃,远离热源中心温度迅速降低,当与热源中心距离大于25 cm时温度已趋近室温;波形钢腹板弯折角处焊缝的最大Von Mises应力为395 MPa,远高于材料的屈服强度;腹板表面距焊缝0.5 cm处的纵向残余应力高达351 MPa,而波形钢腹板表面的横向残余应力呈抛物线形式波动,最大值为48.5 MPa;波形钢腹板工字形梁上的焊接残余应力以纵向应力为主,且主要分布于距焊缝20 cm的范围内. 研究结论可为实际工程中波形钢腹板工字形梁的残余应力消除提供参考依据.     

交叉角焊缝的有限元模拟分析

采用HyperMesh对模型进行网格划分,利用生死单元法实现了对实际焊接过程的数值模拟,对不同方向焊缝的半封闭式箱型结构的进行了焊接温度和残余应力的数值模拟。模拟结果表明,焊接过程中峰值温度区间位于2 050～2 150℃之间;每道焊缝焊接完成后残余应力都会发生变化,第一道焊缝焊接完成后,残余应力最大为316.7 MPa;第二道焊缝焊接完成后,残余应力最大为281.7 MPa;第三道焊缝焊接完成并经过装夹释放后,云图中残余应力基本呈对称分布,且残余应力最大值为367 MPa,位于三条焊缝交叉处。     

厚板焊接接头残余应力和损伤分布的研究

对典型焊接方法下的厚钢板构件焊接性能进行实验和数值模拟研究.首先采用磁弹仪获得MP-σ标定曲线,通过磁弹性法测量得到厚钢板焊接接头残余应力;然后基于ABAQUS及其子程序DFLUX,模拟了厚钢板对接焊接全过程.对比数值模拟和实验结果表明:构件焊接接头纵向应力大于横向应力;沿Y轴的纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,厚度小于60mm焊件增加尤为明显.此外,本文耦合了焊接过程中的温度场、应力场,并考虑了积累损伤的影响,完成了焊接构件在低周往复荷载作用下的计算分析,结果表明,在低周往复荷载作用下焊接构件中的残余应力对累积损伤分布有较大影响.     

Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布数值模拟

焊接纵向残余应力是影响钢压杆整体稳定性的重要因素之一。基于ANSYS对Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力大小及分布情况进行数值模拟分析。通过与已有的研究成果对比，提出合理的有限元分析模型；借助该模型，分析纵向残余应力大小及分布随板件宽厚比和板厚的变化规律；以及翼缘和腹板残余应力的自平衡性；并提出适合Q690高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布模型。研究结果表明：提出的有限元分析模型适合焊接T形截面纵向残余应力研究；翼缘外伸端以及腹板中部的纵向残余压应力大小随板件宽厚比、板件厚度的增大成下降趋势，翼缘与腹板相交焊缝处和腹板外伸端的纵向残余拉应力大小与板件宽厚比和板件厚度没有多大联系；各板件内的残余应力均满足自平衡。基于数值模拟分析，提出的Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型，为后续T形截面残余应力的试验研究及压杆的整体稳定性数值分析提供参考。     

焊缝层数对特厚度管板焊接残余应力与变形影响的有限元分析

基于ABAQUS软件,建立了顺序耦合的焊接残余应力与变形有限元计算程序,对大型环氧乙烷（EO）反应器国产化中采用的390 mm厚20MnMoNb特厚板拼焊反应器管板的焊接过程进行了残余应力与变形计算,并讨论采用不同焊缝层数对管板焊后残余应力与变形的影响.焊接采用双U形坡口,通过翻转管板进行两面坡口的交替焊接,为防止管板发生过度变形,焊接时始终在管板两端压有重量为4.5 MN配重.计算结果表明：焊后管板发生了一端翘起的角变形,在靠近表层的焊缝及热影响区存在较大残余拉应力,在焊缝内部为较大的残余压应力;由于配重对变形的限制导致先焊面的应力大于后焊面;增加焊缝层数,使变形增加,残余应力降低,但并不显著.对如此大型特厚板约束焊,增加焊缝层数不是降低其焊接残余应力的有效手段.     

钢管相贯线焊接残余应力的有限元计算

根据某体育场罩棚钢结构节点类型,建立钢管相贯线焊接的三维有限元模型,并根据实际情况确定计算时所需的边界条件.通过计算得到焊接温度场和等效残余应力分布规律,结果表明:焊缝位置温度梯度最大;焊缝的等效残余应力很大,可以超过材料的屈服极限;沿焊缝周向,等效残余应力保持在屈服极限附近,焊接引弧点附近等效残余应力有波动;沿焊缝径...     

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.     

Q345B钢梁柱节点焊接残余应力模拟及试验验证

为研究梁柱节点焊接残余应力的分布规律,对梁柱节点焊接残余应力进行了数值模拟,并进行了试验验证.首先,建立梁柱节点焊接全过程随机热力学模型,分析梁柱节点的焊接温度场;其次,通过间接热力耦合分析法分析梁柱节点焊接残余应力分布;最后,通过制作梁柱焊接节点,利用盲孔法测得梁柱节点焊接残余应力,并与模拟结果对比分析.分析结果表明:上、下翼缘焊缝由于距离较远以及工艺孔的存在,焊缝之间的相互影响很小,两者的焊接残余应力基本一致;腹板焊缝之间由于距离很近,焊接时的相互影响较大,两道焊缝残余应力分布不一致;在梁柱节点焊缝焊趾区域,梁上、下翼缘焊缝残余应力分布基本一致,等效残余应力呈V型分布,横向、纵向、法向焊接残余应力都基本呈M型分布,因腹板两道焊缝焊接时产生相互影响导致梁腹板两道焊缝应力分布差别明显.     

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。     

预热与焊后回火对铸钢基体双金属梯度堆焊锻模堆焊层组织与性能的影响

为解决大型锻模的高成本、低寿命等问题,提出铸钢基体表面堆焊制备大型液压机用锻模新方法,针对其中的焊前预热与焊后回火工艺,将有限元分析与试验分析相结合,研究预热温度与焊后回火对堆焊层组织与力学性能的影响机理。研究结果表明:常温堆焊时,堆焊熔合区组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体;随着预热温度的升高,冷却时间不断延长,组织呈现马氏体→贝氏体→珠光体转变趋势,显微硬度逐渐降低;当预热温度为400℃时,熔合区组织为铁素体+珠光体;焊后550℃/2 h回火后,堆焊层及热影响区硬度下降,基体中析出大量碳化物,堆焊层冲击韧性显著提高,断裂方式以韧窝断裂为主,母材性能在回火后无明显变化,说明预热与焊后热处理使堆焊层获得了较好的综合力学性能。     

补焊位置对S355J2W对接接头残余应力分布影响

为研究不同补焊位置下的焊接残余应力的分布规律,本文运用SYSWELD软件,以S355J2W钢为例,建立平板对接接头焊缝不同部位补焊的有限元模型,分别针对焊缝中心补焊和热影响区补焊残余应力场进行数值模拟,绘制分析曲线研究焊接残余应力大小及变化规律.结果表明:补焊使得焊缝中心及热影响区处残余应力有不同程度的增加;但在远离热影响区的母材处,影响效果不明显.通过对比分析,得出补焊后残余应力分布规律,为实际补焊修补提供理论依据.     

含表面梯度强化层的缺口样品疲劳起源寿命数值分析

以Tanaka和Mura的疲劳模型为基础,引入弹性应变能释放项,构建了新的适用于复杂载荷的疲劳模型.利用这一模型,结合表面梯度强化层的强度、模量和残余应力的梯度分布特征,对含表面梯度强化层的缺口样品的疲劳形核寿命分布及裂纹起源位置进行数值分析.分析结果表明:表面强化会增加样品的疲劳形核寿命,强化层厚度变化会改变裂纹形核位置.存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面;反之,形核于强化亚表层或表面.硬度比增加会导致临界厚度增加,过大的残余压应力会降低疲劳裂纹形核寿命.相同名义应力集中系数值(Kt)的样品在同一强化工艺处理后,其疲劳形核寿命和裂纹起源位置随样品缺口尺寸而改变.     

钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层厚度的优化设计

为了确定钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层的合适厚度,利用先进的纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量. 采用ANSYS有限元软件,对钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层在受压情况下的应力分布以及尺寸稳定性进行了分析,以此对轴承钢硬化层的厚度进行了模拟. 结果表明,当轴承钢硬化层厚度在0.10～0.50mm内时,最大等效应力发生在镍与铜之间,容易引起界面处裂纹的产生;合适的轴承钢硬化层厚度范围应为1.00～2.00mm,最佳的厚度为1.50mm左右.