焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响

采用灰铸铁试样,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和组织结构为研究方向,采用直Y型坡口焊接裂纹试验法,研究了焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响.研究结果表明:焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残余应力,经超声冲击处理后的试样焊缝测量点的残余应力σ1分别为-53MPa、-57MPa,σ2分别为-37MPa、-80MPa;另一方面可以加速焊缝石墨球化过程,消除半熔化区白口组织.因此焊后合理的超声冲击处理能够从拘束应力和淬硬组织两方面抑制焊接结构冷裂纹的产生.超声冲击处理减少焊接残余应力的效果和热处理相似.     

焊接反变形规律的实验验证

焊接接头附近局部加热及冷却使焊接结构产生残余应力及角变形。利用热弹塑性有限元法模拟钢结构的焊接过程,经计算发现,焊前施加弹性反变形的结构,焊后角变形趋于零。该数值模拟结果说明,对结构焊前施加弹性反向角变形,是控制被焊结构残余角变形的有效方法。通过焊接实验再次证明,弹性反向角变形对控制钢结构残余角变形的重要意义。     

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.     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

T型焊接结构的角变形控制

T型焊接在船舶结构中的应用是非常广泛的.T型接头附近局部的加热及冷却使被焊结构产生残余应力及角变形.目前在船厂精度控制中,通常采用构件焊接后对某些部位进行火工校正的方法来控制残余角变形.论文提供了另外一种有效控制结构残余角变形的方法:对结构焊前施加弹性的反向角变形.文中首先利用热弹塑性有限元来模拟未施加反变形的结构的焊接过程,以估算残余角变形;然后模拟施加了弹性反变形的结构的焊接过程,并计算此时结构的残余角变形,以最终确定构件所需要的弹性反向角变形值.施加了弹性反向角变形的构件在焊接后无需进行火工校正.     

确定焊接反变形的数值模拟及规律分析

焊接接头附近局部的加热及冷却使被焊结构产生残余应力及角变形.目前在船厂精度控制中,通常采用构件焊接后对某些部位进行火工校正的方法来控制残余角变形.文章提供了另外一种有效控制结构残余角变形的方法:对结构焊前施加弹性的反向变形.利用热弹塑性有限元法来模拟结构的焊接过程,并对不同板厚、不同热源的结构分别进行数值模拟,最终确定焊接结构的弹性反变形规律:焊接前施加弹性反变形的结构在焊接后角变形趋于零.     

不同约束条件下T型板残余应力及极限强度研究

利用ANSYS Workbench软件通过热-固耦合的方法对T型板结构的焊接过程进行模拟,获得不同应力边界条件下焊接残余应力及变形;然后将残余应力和变形分别添加到力学模型中,同时施加位移载荷研究具有焊接初始缺陷的T型板结构压缩极限强度.结果表明:在焊缝及热影响区存在着较大的拉伸应力,T型面板呈现角变形状态;在分别添加焊接残余应力和变形情况下,T型板极限强度都有下降,焊接残余应力对T型板极限强度的影响较焊接变形影响大.     

焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响

为了研究焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响,文章基于非线性有限元法对平板对接焊焊接过程进行了数值模拟,结果表明:对于焊缝中心线上任一点,横向变形随外界环境温度的升高而减小;在3种热源功率下,最大横向变形均出现在焊接末端,其值随热源功率的增大而减小。说明外界环境温度越高,焊接效果越好,焊接热源功率越大,焊接效果越好。     

板材焊缝间隙差异对温度场及应力场的影响

针对国内外船体板材对接焊焊接工序中,对于焊缝间隙的差异引起的温度场、残余应力以及板材横向收缩量的研究规律问题,利用焊接专用软件Sysweld,对船体板材在不同焊缝间隙下对接焊焊接过程进行数值模拟仿真,分析得到随着焊缝间隙的增大,焊接过程中的最高温度,焊接冷却后板材的残余应力以及横向收缩量都是增大的,为实现焊接过程中变形量的精度控制等提供了前提条件。     

大型核电厚壁结构X射线衍射法残余应力测试

采用X射线衍射法（ XRD）对大型核电厚壁结构堆芯板端面、堆芯板与吊篮筒体环焊缝焊前焊后残余应力进行无损测量。研究堆芯板端面、环焊缝焊前焊后残余应力的分布情况及变化规律。结果表明：堆芯板焊前残余应力主要是机加工应力,且焊接过程对其残余应力影响不大;1＃和2＃堆芯板环焊缝轴向残余应力分布趋势明显,呈现焊缝为压应力,母材为拉应力;测试的环向应力在各区域分布不一致;焊接对远离焊缝区域的应力没有影响,远离焊缝区域呈现较大的加工应力。     

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。     

Stress magnification effect of initial deformation on the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints

Compared with thick plate welded joint, the welding joint of thin plate will produce initial deformation due to its low bending rigidity. The existence of initial deformation will cause the welded structure to produce secondary bending effect, which will produce greater stress magnification effect at the weld toe and seriously affect the fatigue strength of thin plate welded joints. Therefore, based on the correction formula of thick plate, considering the influence of initial deformation and geometric nonlinearity of thin plate, this paper deduces the stress magnification factor formula at the weld toe of T-shaped and cruciform specimens. The accuracy of the revised formula is further verified by comparing the notch stress calculated by the modified formula with the FE results. Finally, the modified formula is applied to the notch stress and fatigue evaluation of typical thin plate welded joints respectively. The results show that the proposed notch stress calculation formula can fully consider the stress amplification effect of thin plate structure, and can be used to quickly evaluate the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints.     

超声冲击处理对高强钢焊接接头残余应力影响的数值模拟

超声冲击处理(UIT)是一种有效的焊后改善焊接接头疲劳性能的工艺措施,其借助机械撞击和超声振动的共同作用,使焊趾表面产生塑性变形从而引入有益的压缩残余应力。为评价UIT技术对焊接接头残余应力的影响,该文提出了一套新的数值分析方法,包括焊接数值模拟及随后的超声冲击处理过程的动态弹塑性有限元分析。在有限元模型中考虑了实际的工艺参数和超声促成的材料软化效应。以船用高强钢AH36非承载十字焊接接头为研究对象,将预测的超声冲击处理前后的残余应力分布与实验结果进行对比,两者有较好的吻合。在此基础上,探讨了静态预载荷对超声冲击处理态残余应力再分布的影响。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题，使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真，获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下，加筋板横截面的变形为中垂变形，纵筋的变形为中拱变形，方案1横截面变形更小，方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力，其在近焊缝区为拉应力，达到材料屈服强度，远离焊缝区表现为压应力，达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端，约为0.85倍材料屈服强度，纵向应力峰值出现在焊接起弧端，约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置，焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力；在加强筋位置，焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接，且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

Effect of welding sequence on residual stress and distortion in flat-bar stiffened plates

Numerical simulation based on finite element modelling is used to study the influence of welding sequences on the distribution of residual stress and distortion generated when welding a flat-bar stiffener to a steel plate. The simulation consists of sequentially coupled thermal and structural analyses using an element birth and death technique to model the addition of weld metal to the workpiece. The temperature field during welding and the welding-induced residual stress and distortion fields are predicted and results are compared with experimental measurements and analytical predictions. The effect of four welding sequences on the magnitude of residual stress and distortion in both the plate and the stiffener is investigated and their effects on the ultimate strength of the stiffened plate under uniaxial compression are discussed. Appropriate conclusions and recommendations regarding the welding sequence are presented.     

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。     

船体分段钢结构焊接过程仿真

通过有限元与神经网络相结合的方法，模拟了船体上层建筑、舷侧分段钢结构典型部位的焊接过程，并对其温度场、位移场进行了仿真，分析了组焊工序、焊接工艺参数对上述分段钢结构焊接变形的影响。研究结果表明，采用有限元与人工神经网络相结合方法，可以快速分析、预测船舶钢结构的焊接变形，且仿真结果与实焊数值能较好吻合。并分析出影响船体分段钢结构焊接变形的主要因素是钢板拼焊后产生的残余应力，增加消除焊接应力工序，可以明显降低船体分段钢结构焊后产生的变形量。     

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.     

Size effect on residual stress in low transformation temperature welded joints

It has been reported that low transformation temperature (LTT) weld metals are beneficial to generation of compressive residual stress around weld zone. In this study, the relationship among residual stress, size effect of LTT welded joints with different plate width and thickness as well as martensite start (Ms) temperatures was investigated by experimental and finite-element analysis. It was found that heat dissipation and thermal expansion coefficient of LTT weld metal had a significant impact on residual stress. Welded joint with a small plate width led to greater compressive residual stresses in the LTT weld, which was due to the lower heat dissipation and smaller thermal expansion coefficient of the LTT weld metal in due course of cooling process. Additionally, the finite-element analysis revealed that increasing plate width mainly affected the longitudinal residual stress, while increasing the plate thickness influenced all the residual stress components in the LTT weld. Furthermore, the LTT weld with a lower Ms temperature of 191 °C resulted in greater compressive residual stresses, and was less sensitive to the LTT joint size, as against the Ms temperature of 398 °C.