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。     

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。     

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.     

气动冲击对顶板-U肋焊接残余应力的影响

为研究气动冲击技术对钢桥面板焊接结构残余应力场的影响,建立气动冲击处理顶板-U肋焊接有限元模型.首先对顶板-U肋焊接进行模拟,得到顶板-U肋焊接残余应力场的分布.焊接结果表明:顶板-U肋连接焊缝区域存在较大的残余应力,焊趾及焊根中部位置处存在较大的横向拉应力.在此基础上,建立气动冲击处理焊缝的动力学模型,研究冲击速度、角度和冲击头大小对焊趾附近横向应力的影响.气动冲击结果表明:气动冲击可以将焊缝处的残余拉应力转为残余压应力,形成半椭球形的压应力区,并通过试验对模型进行了验证.冲击参数中,冲击速度和冲击头尺寸对横向应力的影响较大,冲击速度及冲击头尺寸的增大,能提高压应力值大小及压应力区的范围.     

钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力分析

对钢桥面板顶板与U肋接头焊接残余应力进行分析。采用热-结构直接耦合方法,分析了构件焊接温度场及应力场,得到构件中心截面母板纵向、母板横向、U肋纵向及焊缝中心竖向的残余应力分布曲线。结果表明:母板及U肋近焊缝区存在较大的残余拉应力,残余拉应力峰值接近材料屈服强度;自焊缝中心往外,残余拉应力值下降并转变为压应力;热影响区之外,母板及U肋纵向残余应力主要表现为压应力,并向两端缓慢下降;母板横向残余应力主要表现为拉应力,近焊缝区存在应力突变;沿焊缝竖向纵、横向应力变化趋势基本相同。     

焊接残余应力的非接触无损测量实验

焊接残余应力是降低焊接接头力学性能的主要因素之一,传统的残余应力测量多采用破坏性方法,如盲孔法,测量精度低、重复性差、人为影响因素多。X射线衍射法是非接触式无损的应力测量方法,测量精度高、数据稳定性好。学生采用X射线衍射法完成了焊接残余应力的测量实验,结果表明随着与焊缝距离的增大残余拉应力的峰值降低,热处理和超声波处理都能够有效地降低焊接残余拉应力,甚至能够把焊缝表面的残余拉应力转变为压应力。实验有助于学生了解焊接残余应力的基本分布规律,从而深刻理解焊接过程的特点,取得了较好的实验教学效果。     

边界元辅助焊接残余应力计测的实验验证

借助边界积分方程的离散形式边界元（ＢＥＭ）技术,建立了一种利用焊接构件的边界位移量焊接变形的测量值来求解焊接残余应力分布的无损计测方法．并用应力释放法测量二维焊接残余应力的实验,验证了方法的可行性．     

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.     

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.     

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.     

减摩法调控结构钢焊接残余应力技术研究

根据焊缝固态收缩对焊接残余应力形成的作用，课题组进一步研究了将滑动摩擦变滚动摩擦的方法来减轻焊件自重拘束以达到调控焊接残余应力的目的，对不同板厚的薄钢板对接接头进行了试验研究，通过盲孔法测试了近缝区的焊接残余应力，试验结果表明，在采取减轻自重拘束工艺措施的情况下，薄板对接接头上的焊接残余应力峰值及平均值均显著降低。     

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.     

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。     

应力-强度干涉理论在对接焊缝中的应用

针对钢桥承载能力是否满足实际需求的问题,提出了一种将应力-强度干涉理论应用于钢桥对接焊缝数值分析的方法.对钢桥整体结构进行静力学分析,得到了钢桥主梁不同位置的应力状态;通过应力-强度干涉理论分析静载条件下对接焊缝的可靠性;以Q345钢对接焊缝为例,验证了提出方法的可行性,分析了含有残余应力的对接焊缝的可靠性.分析结果表明,在钢桥焊缝没有消除残余应力时,焊缝可靠性显著降低.     

钢框架梁柱腹板连接梁翼缘对接焊缝的破坏机理

考虑材料、几何和状态三重非线性，对钢框架梁柱腹板连接在循环荷栽作用下的滞回性能进行了有限元模拟。计算结果分析表明，梁翼缘对接焊缝在循环荷栽作用下脆断破坏的原因是焊缝两端存在着严重的应力集中，且焊缝处于三向受力状态。最后提出了设计建议。     

高强度桥梁钢Q460q焊接应力场的数值模拟研究

以高强度桥梁钢Q460q对接接头为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,对焊接过程的应力场进行了三维实时动态数值模拟,得到了Q460q钢板在不同焊接速度下焊缝区的瞬态应力场。提出了可行的三维焊接应力场的动态模拟分析方法,为优化焊接结构工艺和焊接规范参数提供了理论依据和指导。模拟计算结果表明,三层焊接的最佳焊接工艺参数为:焊接速度5.2 mm/s,焊接热功率分别为15 000,16 500,18 000 W。     

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。     

基于断裂力学的数字相关技术残余应力检测方法

提出一种简便的残余应力检测方法,利用数字相关技术检测裂纹扩展过程中试样表面的变形(COD),应用断裂力学理论计算出残余应力分布.通过梁弯曲对试验结果作了验证并与应变测量结果进行了对比,残余应力的检测结果与理论值标准差为1.28MPa.对淬火和焊接残余应力分别作了检测.实际应用表明所提出检测方法具有准确、高效和使用简便的特点.     

基于盲孔法的网架焊接空心球节点球面焊趾处残余应力的测试

基于盲孔法对3种规格的焊接空心球节点球面焊趾处焊接残余应力进行了试验测量,根据常规模型和Kirsch理论解对比计算了本次试验选取的应变片的应变释放系数。依据Scara-Mangas经验公式对计算得到的球面径向、环向焊接残余应力进行塑性修正,最终得出球面焊接残余应力分布图。探讨了焊接残余应力对工程领域中节点疲劳的影响。     

注塑件残余应力的载荷测量法

基于线性迭加原理提出了一种非破坏性的表面残余应力测量方法——载荷测量法,通过以一定的方式在注塑件上施加载荷来检测表面测点的应变,并计算出注塑件的加载应力和残余应力.结果表明:与工程上常用的钻孔法及剥层法相比,载荷测量法具有不破坏被测构件且检测成本较低的优点;在保证被测构件的受力状态处于弹性范围内的基础上,所提出的载荷测量法具有足够的检测精度.