低強(qiáng)匹配對接接頭焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬分析

利用有限元軟件abaqus,開發(fā)了一個順次耦合的熱應(yīng)力有限元計算程序,對0cr18ni9/20和1cr5mo/20異種鋼焊接接頭殘余應(yīng)力進(jìn)行了有限元模擬分析.結(jié)果表明,無論是采用奧氏體不銹鋼焊條a302焊條還是鎳基焊條incone182焊條,0cr18ni9/20鋼和1cr5mo/20鋼焊接接頭中最大的軸向殘余應(yīng)力和環(huán)向殘余應(yīng)力產(chǎn)生在20鋼側(cè)的熱影響區(qū),0cr18ni9側(cè)有最小的焊接殘余應(yīng)力.采用incone182來代替a302可以有效地降低殘余應(yīng)力值,提高抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力.

利用有限元分析軟件marc,對冷卻后的九層玻璃/鋁陽極焊接試件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,獲得了九層陽極冷卻試件內(nèi)殘余應(yīng)力和應(yīng)變分布。模擬結(jié)果表明,試件冷卻后各處的冷卻收縮量不同,其內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和應(yīng)變,試件發(fā)生翹曲;過渡層內(nèi)的等效應(yīng)力最大,且關(guān)于鋁層呈對稱分布;鋁層內(nèi)的等效應(yīng)力值達(dá)到了屈服極限,表明鋁層發(fā)生了塑性變形,且鋁層內(nèi)的等效應(yīng)變最大。

通過余高削平的10crni3mov鋼低匹配對接接頭的拉伸和脈動拉伸疲勞試驗,研究了匹配比對高強(qiáng)鋼對接接頭力學(xué)性能的影響,給出了匹配比與削平對接接頭疲勞強(qiáng)度及壽命的關(guān)系方程.結(jié)果表明,隨匹配比降低,削平對接接頭抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率和疲勞強(qiáng)度降低,但匹配比對接頭抗拉強(qiáng)度影響較小,對斷后伸長率和疲勞強(qiáng)度影響較大;由于焊縫冶金強(qiáng)化和力學(xué)強(qiáng)化效應(yīng)的作用,接頭抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)高于焊縫熔敷金屬本身.匹配比過低的焊接結(jié)構(gòu)缺少滿足需要的塑性儲備,以接頭斷裂模式為標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行了匹配比下限值的初步界定.

彈性階段以提高低匹配接頭彎曲承載能力為目標(biāo),基于材料力學(xué)方法針對三點(diǎn)彎曲時低匹配對接接頭的余高形狀設(shè)計,提出了等彎曲承載能力(eblcc)的設(shè)計思想、判據(jù)及實現(xiàn)條件,并給出了三點(diǎn)彎曲接頭余高形狀設(shè)計方案,同時對理論分析結(jié)果進(jìn)行了有限元驗證.結(jié)果表明,理論計算余高形狀為拋物線形,有限元結(jié)果與理論分析基本吻合,eblcc設(shè)計使峰值應(yīng)力從低匹配接頭承載薄弱的焊縫區(qū)轉(zhuǎn)移到近焊趾的母材部位,從而提高了低強(qiáng)焊縫的彎曲承載與抵抗彎曲變形能力.余高雙側(cè)對稱圓弧型可以替代拋物線型.這種設(shè)計方法對高強(qiáng)鋼低匹配對接接頭設(shè)計及應(yīng)用具有參考和指導(dǎo)意義.

四、曲面工件對接接頭的超聲檢測 1、基本要求 曲面工作是指（檢測面）直徑小于或等于500mm的承壓設(shè)備，其檢測方法基 本與9.2節(jié)所述的平板對接焊接接頭的檢測方法類似。但曲面工件縱縫和環(huán)縫因 其曲率的原因，有其自身特點(diǎn)。 1.1.檢測條件的選擇 （1）探頭應(yīng)根據(jù)工件的曲率和材料厚度選擇探頭k值，為了達(dá)到較好 的耦合宜選用小晶片探頭。 曲面縱縫檢測與管材縱向缺陷檢測類似，應(yīng)考慮幾何臨界角的限制，確保聲 束能掃查到整個焊接接頭。為了達(dá)到較好的耦合效果，若曲率較大，應(yīng)將探頭接 觸面修磨成與工件外表面相吻合的曲面，此時應(yīng)意探頭入射點(diǎn)和k值的變化，并 用曲率試塊作實際測定。 曲面環(huán)縫檢測一般探頭不需修磨也可有較好的耦合效果。若耦合效果不好， 可考慮修磨探頭接觸面。 1.2.對比試塊 直接采用csk系列標(biāo)準(zhǔn)試塊時，缺陷定位定量時考慮

為研究整體絕緣焊熱過程,建立整體絕緣接頭對接焊三維溫度場有限元數(shù)值分析模型?？紤]材料非線性并采用熱彈塑性有限元方法,模擬整體型絕緣接頭的溫度場、應(yīng)力場及變形情況,同時模擬分析溫度場對整體型接頭密封性能的影響。

鋁合金在采用對接接頭膠接時能保證連接強(qiáng)度,但其應(yīng)力分布不容易分析.通過數(shù)值分析方法,在ansys軟件平臺中通過搭建兩種不同形式的鋁合金對接接頭,研究模型彎曲時其應(yīng)力分布情況.膠層應(yīng)力在兩端部分波動較大,在中間應(yīng)力分布比較有規(guī)則,x、y與第一主應(yīng)力與膠結(jié)長度幾乎成線性分布,而膠層的平均應(yīng)力關(guān)于膠層的中點(diǎn)位置幾乎呈現(xiàn)對稱的拋物線分布.基于以上規(guī)律可以為鋁合金在受到載荷時對接頭的設(shè)計提供一定的方法和建議.

根據(jù)實際釬焊條件,采用有限元數(shù)值模擬方法對ti(c,n)/45號鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的大小及分布進(jìn)行分析,結(jié)果表明,在釬焊溫度為880℃條件下,接頭軸向殘余應(yīng)力在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)表現(xiàn)為拉應(yīng)力,45號鋼側(cè)表現(xiàn)為壓應(yīng)力,且拉應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)的外邊緣靠近釬縫的很小區(qū)域內(nèi)。

采用有限元熱彈塑性分析方法對t形接頭不同焊接順序的殘余應(yīng)力和變形進(jìn)行模擬.有限元模型中選用三維實體單元,分析了材料物性參數(shù)隨溫度的變化和對流、輻射散熱的影響.運(yùn)用單元生死技術(shù)模擬t形接頭多道焊接過程,獲得了不同焊接順序t形接頭焊接溫度場和殘余應(yīng)力、變形場,并對計算結(jié)果進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,焊接順序?qū)形接頭的殘余應(yīng)力和變形有較大的影響,采用先焊一側(cè),然后焊另一側(cè)的方案所得到的殘余應(yīng)力和角變形最小.

采用ni60合金粉末對q235b鋼焊態(tài)十字接頭進(jìn)行了氧—乙炔火焰噴熔處理,同時進(jìn)行了高頻疲勞試驗.分析認(rèn)為噴熔修形改善了焊接接頭的幾何外形.噴熔修形態(tài)十字接頭在2×106循環(huán)周次下的疲勞強(qiáng)度比原始焊態(tài)提高了64.5%.基于氧—乙炔火焰噴熔工藝參數(shù),采用ansys12.0軟件對噴熔過程進(jìn)行了熱-應(yīng)力耦合的有限元模擬,分析認(rèn)為,焊縫和涂層表面的殘余應(yīng)力仍為拉應(yīng)力,但是殘余拉應(yīng)力的大小和噴熔前原始焊態(tài)接頭表層的殘余拉應(yīng)力相比略微減小.原始焊態(tài)接頭表層的拉應(yīng)力約為238mpa,噴熔修形后噴熔層表面的殘余拉應(yīng)力約為182mpa,即火焰噴熔使得焊接接頭表層的殘余應(yīng)力降低了24%.

對a5083鋁合金焊接接頭進(jìn)行拋丸處理，測試拋丸前后焊接接頭的表面殘余應(yīng)力以及沿深度方向的殘余應(yīng)力。研究結(jié)果表明，經(jīng)拋丸處理后，接頭的應(yīng)力平均值均呈下降趨勢，拋丸前應(yīng)力平均值絕大多數(shù)為正數(shù)，表示接頭應(yīng)力為拉應(yīng)力狀態(tài)，拋丸后接頭應(yīng)力為負(fù)數(shù)，表示接頭應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，殘余應(yīng)力處于壓應(yīng)力狀態(tài)有利于抑制裂紋萌生，改善結(jié)構(gòu)的疲勞性能。拋丸對鋁合金焊接接頭殘余應(yīng)力的影響在600gm左右，拋丸對焊接接頭的改善應(yīng)力大小為180mpa左右。

采用手工焊和co2氣體保護(hù)焊在不同的焊接工藝下對5.8mm厚dp590進(jìn)行了焊接,采用盲孔法沿焊縫一側(cè)測量了從焊縫到母材的殘余應(yīng)力.結(jié)果表明,采用手工焊時焊縫區(qū)縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力均為拉應(yīng)力,當(dāng)熱輸入增加8.4%時,殘余應(yīng)力沒有發(fā)生大的變化;采用co2氣體保護(hù)焊時,焊縫區(qū)縱向應(yīng)力均為拉應(yīng)力,當(dāng)熱輸入增加33.1%,橫向應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力,縱向應(yīng)力增加133mpa,增幅為140%,橫向應(yīng)力增加71mpa,增幅為322%.此外,從試驗結(jié)果可以看出,熱輸入對橫向應(yīng)力的影響較縱向應(yīng)力大.

對a5083鋁合金焊接接頭進(jìn)行拋丸處理，測試拋丸前后焊接接頭的表面殘余應(yīng)力以及沿深度方向的殘余應(yīng)力。研究結(jié)果表明，經(jīng)拋丸處理后，接頭的應(yīng)力平均值均呈下降趨勢，拋丸前應(yīng)力平均值絕大多數(shù)為正數(shù)，表示接頭應(yīng)力為拉應(yīng)力狀態(tài)，拋丸后接頭應(yīng)力為負(fù)數(shù)，表示接頭應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，殘余應(yīng)力處于壓應(yīng)力狀態(tài)有利于抑制裂紋萌生，改善結(jié)構(gòu)的疲勞性能。拋丸對鋁合金焊接接頭殘余應(yīng)力的影響在600gm左右，拋丸對焊接接頭的改善應(yīng)力大小為180mpa左右。

焊接殘余應(yīng)力存在導(dǎo)致q545r焊接接頭熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。本文基于有限元軟件abaqus，開發(fā)了一個順次耦合的焊接殘余應(yīng)力有限元計算程序，對q345r焊接接頭熱影響區(qū)域補(bǔ)焊殘余應(yīng)力進(jìn)行了模擬計算，得到了補(bǔ)焊殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。其結(jié)果表明：補(bǔ)焊后，殘余應(yīng)力值比焊態(tài)下殘余應(yīng)力值有所降低。橫向殘余應(yīng)力高于徑向殘余應(yīng)力，這意味著焊接區(qū)域產(chǎn)生縱向裂紋的可能性較高。為此，對實際補(bǔ)焊修復(fù)提出了建議，為優(yōu)化補(bǔ)焊工藝、控制殘余應(yīng)力提供了參考依據(jù)。

本文采用數(shù)值模擬的方法,對船體結(jié)構(gòu)的某一環(huán)形拘束焊縫進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的模擬計算。同時采用壓痕式應(yīng)力測試儀,對實際船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試,并與模擬結(jié)果相對比驗證。結(jié)果表明,模擬結(jié)果與實測結(jié)果測得的焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律基本一致,環(huán)形拘束焊縫縱向殘余應(yīng)力大于橫向殘余應(yīng)力,最大焊接殘余應(yīng)力位于靠近熱影響區(qū)的直線段焊縫近表面處。

在分析t形接頭焊接溫度場的時候，要充分利用單元死活技術(shù)以及橢球形移動熱源模型。然而在分析焊接順序?qū)形接頭焊接殘余應(yīng)力場的影響的時候，要采用數(shù)值模擬的方法，來研究其中相關(guān)的數(shù)值。在多道焊、分段焊以及多層焊中，主要采用不同的方法來研究其中出現(xiàn)焊縫的區(qū)域。并且能夠分析其中的降低效果。本文主要從分段焊、多層焊以及多道焊的焊道順序來分析t形接頭焊接殘余應(yīng)力場的影響。

為提高下向焊大口徑管的焊接質(zhì)量,針對下向焊大口徑管的焊接工藝特點(diǎn),選擇適當(dāng)?shù)纳渚€透照工藝和技術(shù)參數(shù),對下向焊大口徑管對接焊縫進(jìn)行100%x射線探傷。通過所拍x光底片,分析焊接時生成缺陷的類型、位置以及產(chǎn)生原因。

本文主要針對焊接接頭微觀組織演化建模及其可視化方法進(jìn)行研究。采用元胞自動機(jī)模型,通過對焊接接頭的微觀組織晶粒生長進(jìn)行模擬來分析和研究微觀組織的形態(tài)學(xué)和動力學(xué)特征;通過微觀組織圖像人工生成技術(shù),直觀、精確地展現(xiàn)出微觀組織演化的可視化效果。實驗結(jié)果表明,經(jīng)過回歸分析得到的晶粒生長指數(shù)同主流的burke經(jīng)驗公式相符,使用元胞自動機(jī)算法對微觀組織演化進(jìn)行的可視化模擬得到了令人滿意的效果。

焊接接頭超聲檢測講稿8-奧氏體不銹鋼對接接頭的超聲檢測

針對高速轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上新設(shè)計的郁金香坡口焊接接頭,運(yùn)用abaqus有限元軟件對該形式接頭多道焊和焊后tig重熔處理進(jìn)行了數(shù)值模擬,分別計算了多道m(xù)ag焊和焊后tig重熔處理的溫度場、殘余應(yīng)力場和應(yīng)變,對比分析該接頭形式mag焊后和tig重熔處理后在不同路徑下的橫向與縱向殘余應(yīng)力及應(yīng)變分布。結(jié)果表明,tig重熔影響區(qū)產(chǎn)生的新殘余應(yīng)力值較多道m(xù)ag焊時大幅增加且以拉應(yīng)力為主,tig重熔產(chǎn)生的焊接變形主要在板厚方向,計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。

Q235鋼對接接頭熔化焊金相組織

對鐵路轉(zhuǎn)向架用s355j2w耐候鋼和sma490bw耐候鋼匹配不同焊絲(chw-55cnh,g424m21z)焊接得到三種接頭。采用光學(xué)顯微鏡、電化學(xué)測試和慢應(yīng)變速率試驗等對焊接接頭的顯微組織、電化學(xué)性能以及耐應(yīng)力腐蝕性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:s355j2w耐候鋼配g424m21z焊絲接頭屬于高匹配接頭,母材與焊縫的強(qiáng)度差距大,容易在接頭部位造成應(yīng)力集中,具有較大的應(yīng)力腐蝕傾向,其電化學(xué)腐蝕傾向最高；s355j2w耐候鋼配chw-55cnh焊絲接頭屬于高匹配接頭,應(yīng)力腐蝕傾向較低；sma490bw耐候鋼配chw-55cnh焊絲接頭屬于低匹配接頭,母材與焊縫區(qū)的強(qiáng)度相當(dāng),接頭處的應(yīng)力集中較小,其應(yīng)力腐蝕傾向很低,電化學(xué)腐蝕傾向也最低。