焊接残余应力测量方法有关问题讨论

焊接残余应力曾经引起造船界的极大重视,随后由于广泛地采用了镇静钢,情况发生了变化。但是在评价焊接结构的安全性,特别是评价焊接工艺及其焊后处理效果时,它仍然是一个重要因素。一般都通过实测了解残余应力的大小和分布规律,但是残余应力的测量方法,却远不是十分完善的。残余应力的测量方法,从测量技术分,有X线应力测定法、电测法、机械式测量法和光弹性薄膜涂层法等。除了X线应力测定法可以直接测得表面层残余应力属于非破坏测量方法以     

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。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

基于ABAQUS软件二次开发,建立平板对接焊试件焊接残余应力及其释放的有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算3种焊接速度下的焊接残余应力分布,并研究了3种焊接速度下初始焊接残余应力在3种拉伸循环载荷作用下的释放情况。随着焊接速度的增加,沿试件深度方向的初始横向焊接残余应力明显下降。在相同外载荷作用下,随着焊接速度的降低,焊接残余应力释放水平提高、释放量增加。随着焊接速度的增加,第一次循环残余应力的释放量占循环50次后残余应力释放总量的比例增加。     

厚板焊接残余应力的试验研究

通过盲孔法,测定了不同焊接接头、不同板厚、不同焊接工艺下厚板的焊接残余应力,在考虑了塑性影响的基础上,得到了厚板焊接残余应力的分布规律.分析讨论了焊接接头、板厚、焊接工艺以及焊接坡口大小对焊接残余应力分布的影响及原因.结果表明,采用自由焊工艺,可以减小焊接残余应力.而调整焊接顺序,则可以改变焊接残余应力的峰值位置.合理设计承载面的坡口大小,可以有效降低焊接残余应力对结构强度的影响.     

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。     

爆炸消除焊接残余应力的数值模拟

焊接残余应力及其控制技术是重大工程结构物(例如反应堆、潜艇等)建造中关注的核心问题之一。爆炸法消除残余应力是近年来发展起来的高效、低成本的1种新技术,但对其机理的研究仍然相当缺乏。本文利用非线性有限元软件ABAQUS对爆炸消除焊接残余应力技术进行了数值模拟,同时考察了焊缝中夹杂的裂纹缺陷对爆炸载荷的响应。研究对象为70 mm厚的超厚钢板对接焊缝,焊接坡口为X型。本文主要完成了以下2项研究工作。1)将盲孔法测得的焊接残余应力分布预置到模型中,计算了爆炸载荷作用下不同布药方式时焊接残余应力的再分布,并将其与对应的实测结果进行比较。研究结果表明,金属材料的塑性流动是爆炸消除焊接残余应力的根本因素。2)在模型的焊缝区引入面状裂纹来表征焊缝中的凝固裂纹,利用ABAQUS用户自定义子程序开发的基于虚拟裂纹闭合法的三维断裂单元,计算能量释放率对爆炸载荷的响应。研究结果表明,爆炸载荷并不一定会导致裂纹的扩展。因此,本文的研究方法和结果对于爆炸消除焊接残余应力在工程应用领域具有指导意义。     

预拉伸法降低异种钢焊接残余应力的作用研究

采用热弹塑性有限元法计算了Q235钢与304不锈钢平板对接焊在不同预拉伸应力作用下的焊接残余应力场,计算结果表明,焊接残余应力呈现非对称式分布,纵向残余应力的峰值均出现在304不锈钢一侧且高于其屈服强度。预置纵向拉伸应力能显著降低纵向焊接残余应力,而且当预置拉伸应力越大时（低于屈服强度）,降低焊接残余应力的效果越明显。采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接材料表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好。     

船用铝合金MIG焊接残余应力数值研究

为了提高焊接接头性能,优化焊接工艺参数,本文在热弹塑性力学理论基础上,建立5052铝合金平板对接的焊接残余应力三维数值计算模型,开展MIG焊接对残余应力分布影响特征分析。结果显示,焊接接头处较大的纵向铝合金焊接残余应力,是由于冷却过程中焊缝纵向收缩导致的。纵向残余应力在靠近焊缝中心线位置以拉应力为主,在焊缝中心熔合线及热影响区域的两侧对称分布,随着距离焊缝线逐渐增大,以纵向残余压应力为主。在焊缝中心线处等效Mises应力达到最大值,且向两侧逐渐递减,热影响区以外区域残余应力数值极小,可以忽略。最后为了验证模拟结果的准确性,使用超声无损检测对焊接接头残余应力的大小及方向进行验证,结果与数值模拟结果基本一致且相同区域内焊接残余应力分布情况相同。     

港机结构件焊接残余应力的调控与消除

简要分析了港机主要结构件制造中焊接残余应力的形成过程，并对常用的调控和消除焊接残余应力的工艺措施所依据的原理作了评述。研究试验结果表明，用减低自重拘束法该法可明显降低中厚钢板对接接头上的焊接残余应力。     

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。     

预热对Q690E斜Y坡口焊接裂纹影响的数值模拟分析

利用有限元软件ANSYS对Q690E斜Y坡口焊接残余应力进行数值模拟分析。计算焊接温度场的时历历程,再利用间接耦合法结合温度场作为塑性分析初始条件得到焊接场应力值和应力分布,得到相应的应力分布,并探讨在不同工艺条件下高强钢焊接残余应力的分布规律。研究结果表明:焊缝横向残余应力小于纵向残余应力且其在坡口位置最大,提高预热温度有利于增加t8/5和t8/3,减小焊接冷裂纹倾向;延长预热温度有利于减少残余应力,延长焊接件的疲劳寿命;提高预热温度有利于减少焊接热裂纹和弧坑裂纹的产生。     

FPSO典型焊接接头初始表面裂纹对残余应力影响研究

FPSO目前已成为深水作业的重要设备之一。FPSO为大型焊接结构,焊接过程中不可避免的会有残余应力产生。而焊接接头的焊趾附近容易萌生表面裂纹,裂纹的产生会使残余应力发生重分布,从而影响焊接残余应力对结构疲劳强度的评估。本文首先基于热-弹塑性基本理论和X射线衍射法对FPSO典型焊接接头初始残余应力进行数值模拟和试验研究,结果发现焊趾附近初始横向残余拉应力较大;随后在焊趾附近引入表面初始裂纹,分析含表面初始裂纹的FPSO典型焊接接头残余应力重分布。结果表明引入初始表面裂纹后,裂纹尖端出现了较大的残余拉应力,而远离裂纹区域的残余应力大小和分布几乎不受表面初始裂纹出现后的影响。本文的研究可为FPSO安全性能评估提供参考。     

交变载荷下厚板对接焊残余应力的松弛行为

对于承受交变载荷的焊接构件,焊接残余应力的存在对于结构的疲劳寿命影响巨大。由于焊接残余应力形成机理的复杂性,当交变载荷作用时,焊接残余应力的松弛演变具有不确定性,导致该领域的研究难度相当大。迄今为止,鲜有文献就交变载荷下的厚板焊接残余应力松弛行为进行深入报道。采用低周疲劳试验,利用X射线残余应力测试仪,对试件表面焊接残余应力的松弛演变行为进行追踪研究,通过在试件表面近焊缝区布置网状测点,采集测点的横向及纵向焊接残余应力进行数据拟合,在试验对比修正的基础上,最终建立焊接残余应力的松弛演变模型。结果表明：在交变载荷作用下,焊接残余应力会发生松弛,并且,应力松弛量的大小与交变载荷的特征值大小紧密相关。     

T型材角接焊的变形和残余应力分析

T型材焊接不仅常用于现代造船工程中,而且在近海平台和桥梁建造中也得到广泛应用.焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生焊接变形和残余应力.焊接变形和残余应力的存在,将影响钢结构的建造质量及疲劳强度.为预测焊接变形,基于ANSYS有限元软件应用于对T 型材焊接过程进行模拟,求解残余变形和残余应力分布情况,以及边界约束条件对它们的影响.通过分析可得出,焊缝上的各点在焊接过程中,加热时受压应力,冷却时受拉应力.在热影响区内,沿焊缝方向多为拉应力,垂直焊缝方向多为压应力,也符合纵向应力比横向应力大的特点.     

薄板焊接残余应力及其重分布影响研究

焊接在现代船舶制造中有着十分重要的地位,焊接过程中会有残余应力的产生,残余应力会对结构的疲劳强度产生很大影响。焊接过程中还会伴随一些焊接缺陷的产生,其中裂纹对结构有很大影响,严重会导致结构的破坏,薄板在焊接过程中容易发生错位现象,错位对焊接残余应力有一定影响。因此,研究错位现象对焊接残余应力的影响及裂纹导致焊接残余应力重分布现象的研究具有很强的现实意义。     

基于固有应变法的环肋圆柱壳焊接残余应力数值分析

环肋圆柱壳是水下装备的主要承压部件,通常采用高强钢进行建造,对焊接残余应力等缺陷较敏感.为了得到不同肋骨布置方式下的焊接残余应力分布情况,首先采用试验和数值模拟的方法研究了高强钢焊接试板残余应力分布情况,验证了固有应变近似公式的适用性;然后,基于固有应变法针对内置、外置T型肋骨的圆柱壳的焊接残余应力进行数值分析,结果表明:两者壳板径向变形与实测资料较为一致,内置肋骨时,跨中壳板内凹,反之外凸;残余应力主要分布于焊缝部位,跨中壳板呈现压应力,内置肋骨的压应力要略大一些.     

锥柱耐压壳高强度钢典型焊接接头残余应力研究

锥柱耐压壳常采用高强度钢建造,高强度钢对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对耐压结构典型焊接接头的残余应力进行研究。本文基于热弹塑性相关理论,采用Ansys的APDL语言编制焊接残余应力数值模拟程序。研究板厚、板宽、锥角以及焊接速度、焊喉温度对典型焊接接头轴向焊接残余应力的影响。研究表明:锥柱耐压壳凹面焊趾附近区域残余拉应力较大,应作为疲劳强度研究的重点区域。板厚和焊喉温度对残余拉应力的影响较残余压应力大;板宽和锥角对残余拉、压应力影响均较大。本文的研究可以控制焊接残余应力和优化焊接加工工艺,并为后续耐压结构疲劳强度的研究奠定相关理论基础。     

盲孔法测量921A钢焊接残余应力的应变释放系数研究

根据盲孔法测量残余应力的基本原理和孔边塑性变形修正方法，分别对盲孔法测量921A钢焊接残余应力时的应变释放系数A、B进行实验标定，通过试验得出了921A钢盲孔孔边塑性变形对测量精度的影响和盲孔法测量921A钢焊接残余应力的塑性修正公式；并对实验标定应变释放系数与通孔应变释放系数理论解进行比较，表明试验结果与通孔应变释放系数理论值有较好的一致性，测量结果经塑性修正，最大误差减小到2．5％以下，试验结果可以直接在盲孔法测量921A钢焊接残余应力工程实际中应用。     

边界约束对焊接残余应力及其释放的影响分析

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域2条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中板材不同边界约束对于焊接残余应力的影响,并与试验结果对比。计算结果表明,2条路径上的横向焊接残余应力均受边界约束影响较大,且约束越强残余应力越大;纵向焊接残余应力受边界约束影响与横向残余应力相反,约束越强残余应力越小。随着边界约束增强,加载同样循环次数,无论横向还是纵向焊接残余应力释放程度增加,第一次循环释放量占总的50次循环释放量比例逐渐增加。     

船体焊接结构件残余应力消除的若干方法

船体构件装焊过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体焊接结构件的性能，还会使得船体建造精度不易控制，从而最终影响到船舶的建造质量，因而有必要采取一些有效的控制措施。本文介绍了船舶建造过程中焊接残余应力产生的原因及其影响因素，并通过分析各种残余应力消除方法的特点，探讨了这些方法在船体建造过程中的应用情况。