热处理对800 MPa级钛合金对接焊平板残余应力影响的数值模拟

钛合金具有高强耐蚀、易焊等优质性能,广泛用于潜艇、深潜器等潜水器的受力构件及耐压耐蚀壳体。在焊接过程中,会不可避免的产生焊接残余应力,较大的焊接残余应力会影响焊接结构的安全性能,而焊后热处理能够有效减少焊接残余应力。本文首先采用数值模拟的方法对TC4对接焊平板热处理前后的残余应力进行计算,通过与试验结果进行对比研究,验证有限元数值模拟的合理性;然后采用该数值模拟方法研究Ti80对接焊平板多层多道焊的整个焊接过程以及焊后热处理方法。结果表明,焊后Ti80对接焊平板表面具有较大横向和纵向残余拉应力,通过热处理工艺后,残余拉应力得到明显降低。因此,通过焊后热处理方法可以在很大程度上降低对焊接结构力学性能可能产生的不利影响的残余拉应力。     

Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力研究

钛合金因其优良的性能得到广泛应用,其材料的焊接特点及其结构在使用过程中的安全可靠性问题也越来越引起人们的关注,目前钛合金已成为载人深潜器耐压球壳的首选材料.本文首先对Ti80对接焊厚板残余应力进行了数值模拟以及X射线无损检测试验研究,在得到数值模拟结果后将其与试验测量值进行对比,结果吻合较好,即Ti80对接焊厚板表面横向残余拉应力呈现不对称双峰;焊缝中心线上的纵向残余拉应力较大;焊缝处沿板厚方向的内部横向残余应力和垂向残余应力在近上下表面处均为拉应力,且横向残余应力高于垂向残余应力,沿板厚方向均呈现拉应力-压应力-拉应力趋势.然后基于热弹塑性有限元分析方法,对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力进行数值模拟研究,得到赤道焊缝表面残余应力和内部残余应力分布规律.结果显示:Ti80耐压球壳内壳表面有较大的残余拉应力;纵向残余拉应力大于横向残余拉应力;球壳外表面有较大的横向残余压应力,而纵向残余应力为拉应力.     

超大型集装箱船用超高强度钢EH47焊接残余应力模拟与实验研究

超高强度钢EH47广泛应用于超大型集装箱船舱口围板等区域结构中,建造过程中常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。论文基于有限元分析软件ANSYS,对平板对接焊进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布,并采用盲孔法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:残余应力在靠近焊缝中心及区域附近处表现为拉应力,随着逐渐往焊缝中心靠拢,拉应力迅速增大,当达到焊缝中心附近时拉应力达到最大值。随着逐渐远离焊缝中心,拉应力迅速减小,达到一定距离时转变为压应力,并在距离焊趾2.5 cm处达到压应力最大值,数值模拟结果与试验测量值基本吻合,同时焊后热处理能有效降低有损结构强度的焊接残余应力。     

AH36船用高强钢焊接残余应力释放的数值模拟与试验分析

为了解焊接残余应力及其释放规律,基于顺序耦合热力学有限元方法对ABAQUS软件进行二次开发,模拟平板对接焊的焊接过程,计算焊接残余应力分布及其在0.8σ_s循环拉伸载荷作用下的释放情况,同时开展相应的试验研究,验证有限元计算方法的有效性。讨论循环载荷大小对残余应力释放的影响,计算3种不同水平载荷下焊接残余应力释放情况,得出AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,通过对比有限元计算结果与试验结果,表明残余应力释放公式具有较好的计算精度,可以用于估算不同载荷作用后焊接残余应力的释放。     

超声冲击消除高强钢焊接残余应力的数值模拟研究

焊接残余应力会对结构的力学特性带来不利的影响,而超声冲击能较有效地消除大型焊接结构残余拉应力,起到大幅增加结构疲劳强度的作用。该文首先采用热弹塑性方法对超声冲击前的高强钢平板焊接残余应力进行分析,然后采用瞬态动力学方法对焊接残余应力的超声冲击消除进行三维仿真研究,最后对超声冲击前后残余应力的数值计算结果与试验结果进行对比分析研究。由分析结果可知:超声冲击前高强钢平板焊缝附近存在较大的残余拉应力,呈双峰分布;超声冲击后较大的残余拉应力转化为残余压应力;数值模拟结果与试验结果相一致。并且,平板厚度方向的应力经过超声冲击后表现为应力的均匀化。文中研究结果可为高强钢大型焊接结构超声冲击消除残余应力进行合理评估和后续进行相关力学特性研究提供理论基础和技术支撑。     

船舶典型结构焊接残余应力的有限元分析

在船舶建造中,会有大量的纵骨对接焊缝,存在复杂的焊接残余应力,对结构的极限强度及疲劳寿命有一定影响。该文运用有限元软件ANSYS的APDL语言编写出相应的计算程序,对平板对接焊进行数值模拟,并与试验值进行对比分析。在此基础上,对船舶典型纵骨对接焊进行数值模拟分析,得到相应的残余应力的分布规律。     

厚板多层多道对接焊残余应力轮廓法测量及热-弹-塑性有限元分析

船体外板结构多采用多层多道焊工艺建造,焊接产生的残余应力复杂,易导致焊接结构断裂和疲劳失效.本文采用轮廓法与基于并行计算技术的热-弹-塑性有限元研究Q235厚板多层多道对接接头内部残余应力分布及其变化过程,预测结果与测量结果吻合较好.预测结果表明,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,沿接头宽度方向逐渐减小最终转变为压应力,正面焊缝中部区域拉应力值明显降低;横向残余应力在焊缝区上表面及背面填充处为拉应力,沿接头宽度方向逐渐降低,在正面焊缝中部区域为压应力;Z向残余应力主要存在于焊缝区,正面焊缝以压应力为主,背面焊缝以拉应力为主.厚板多层多道焊接过程中,残余应力变化是由于后一道焊缝对已焊的焊缝起到热处理作用导致的,焊缝接头残余应力分布由最后一道焊缝决定.     

工艺参数对平板对接焊温度场及残余应力的影响

焊接变形和残余应力对集装箱船的建造质量有着重要影响，通过优化焊接工艺可以有效提高其结构的焊接质量。为选择合理的焊接工艺参数，文章基于ANSYS软件，建立了船舶平板对接焊的有限元分析模型，采用高斯热源模型，对接头的温度场及应力变形进行了数值模拟，并将焊接电流、焊接速度和板厚对平板对接焊残余应力场及变形的影响规律进行了分析和总结，对实际生产中集装箱船结构焊接质量的控制具有一定的参考价值。     

高强钢焊接结构残余热应力的有限元分析

焊接残余应力的大小是衡量焊接质量的一项重要指标.为了得到高强钢焊接结构焊接残余应力的大小与分布规律,基于大型通用有限元软件ANSYS,利用其参数化语言开发了相应的焊接程序,首先对高强钢平板对接焊进行数值模拟,然后与试验结果进行比较,在计算所得结果与试验测量值相一致的基础上,进而模拟高强钢锥柱结合壳的焊接过程,得到相应的焊接残余应力分布规律.     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

焊接件由于焊接速度不同,焊接残余应力分布存在很大差异,焊接残余应力在循环载荷作用下会产生释放现象,焊接残余应力存在对于结构安全性和稳定性有很大影响,有必要开展焊接速度对于焊接残余应力及其释放影响研究。基于ABAQUS软件二次开发建立平板对接焊试件焊接残余应力以及释放有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算三种焊接速度下的焊接残余应力分布,并开展三种焊接速度下初始焊接残余应力在三种拉伸循环载荷作用下的释放情况研究。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

焊接转子热处理过程中残余应力释放行为数值研究

基于ABAQUS有限元分析软件,编写DFLUX、FILM和UEXPAN子程序,建立焊接转子模拟件(M-1)和全尺寸焊接转子(M-2)轴对称有限元模型,实现了采用双椭球移动热源模型和考虑固态相变的转子焊接仿真过程。纳入Norton-Bailey蠕变本构方程研究了热处理过程中残余应力在不同热处理参数下的应力松弛行为。结果表明：焊接转子模拟件能够较为准确地反映全尺寸焊接转子焊接残余应力分布状态；考虑固态相变的焊接仿真结果更接近于实验测量值；热处理参数对残余应力释放行为影响不尽相同,其中热处理温度是决定热处理效果的关键因素。     

The effect of weld residual stress on fracture toughness at the intersection of two welding lines of offshore tubular structure

Due to the spatial complexity and fabrication characteristics of offshore platforms, it is inevitable to encounter overlaps or proximity of weld lines in tubular joints. Several international standards such as American Petroleum Institute (API), American Welding Society (AWS), and American Institute of Steel Construction (AISC) regulate the minimum distance between primary weld beads; however, any logical and detailed background of this limitation has not been presented. For a non-compliant weld joint where the regulation is not met, fracture toughness calculation is a typical index to verify the structural integrity.This research consists of two parts. First, weld residual stress distributions are calculated by a 3D thermo-mechanical nonlinear Finite Element Analysis. Two crossing welds, a T-weld crossing on a butt weld, are simulated in one model. A separate tee and a butt welding simulations are also performed for a comparative purpose. Second, SIFs and J-integral values are calculated at the surface and deepest crack tip locations for four different types of semi-elliptical surface cracks. Four cracks are embedded into the weld model and the residual stress distribution from the 3D thermo-mechanical FEA are mapped to a 3D FE crack model as initial conditions. An additional axial tensile load is also imposed. SIF values are compared with those using the weighting function method for the butt weld model subject to three load cases, i.e., tensile stress only, weld residual stress only, and both of them. From the simulation, a tubular joint containing a chord girth weld intersected with weld beads of brace is found to show lower the SIF values than that having only a girth weld on chord.     

JU2000E自升式钻井平台桩腿TKY节点 焊接残余应力分析

Ju2000E自升式钻井平台的桩腿TKY节点由于焊接结构复杂，各构件采用高强度大厚板，焊缝多且不规则，焊接残余应力分布复杂，对其评估焊接残余应力非常困难。如今焊接残余应力表面测量配合应力计算是最有效的方法，本文采用一系列的高效计算方法实现了桩腿TKY节点焊接残余应力的高效计算，并通过X衍射法和小孔法验证了计算的可靠性，同时通过计算机模拟软件建立的三维实体模型分析了该结构的应力分布特征。计算结果表明，整个模拟件各方向的峰值拉应力出现在半圆板焊接区域表层，特别是焊趾位置呈现较大的应力集中，而焊缝材料的屈服强度相对半圆板材料屈服强度低，故焊缝区域的各方向拉应力幅值稍低于半圆板焊接区域；整个模拟件各焊缝区域从外到内部的等效应力呈现300-600MPa的较大应力，靠近半圆板的焊趾位置出现较大应力集中，等效应力达到600MPa以上。     

钛合金Ti-6Al-4V ELI厚板多层多道焊试验与数值模拟

对2块厚度为24mm的Ti-6Al-4VELI厚板进行夹角为171.98°的多层TIG焊接试验,基于SYSWELD软件平台,在焊板两端完全刚性固定的装夹条件下数值模拟计算焊接温度场、应力场和焊接引起的变形.计算结果表明,焊接温度场的变化规律符合实际,焊缝区的拉伸残余应力最大,热影响区的压缩残余应力较大.焊接数值模拟得到的残余应力场与试验测量值能较好地吻合,验证了数值模拟模型的准确性.该数值模拟方法可应用到大深度Ti-6Al-4VELI载人舱强度计算中的焊缝残余应力模拟中.     

基于ANSYS的对接焊温度场的数值模拟

利用ANSYS有限元软件对钢板对接焊温度场进行数值模拟。在模拟过程中。利用ANSYS软件的APDL语言,较好地模拟了对接焊时焊接电弧移动加热过程以及整个温度场的瞬态变化,实现了参数化编程,并对两种不同焊接方向的温度场进行了分析比较,从而可以用于实际工艺的优化。     

船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究

针对船体结构腐蚀凹坑修复问题,利用热-力耦合弹塑性数值计算技术,研究了焊补修复方法,对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑多道焊接过程进行模拟计算,掌握壳体凹坑修复过程中温度场和应力场分布规律,得到最佳工艺参数,并利用试验进行验证.结果表明,采用数值计算方法可较准确预测焊接的温度场和变形以及厚板结构的残余应力,为工艺参数的制定提供重要依据.