钢桥对接焊缝残余应力及变形场数值分析与试验验证

为研究钢桥对接接头焊接残余应力及变形场的分布规律,基于ABAQUS软件建立16mm厚Q345qD钢板多层对接焊三维有限元模型,对焊接残余应力及变形场进行模拟预测,并对模拟结果进行试验验证。结果表明焊接残余应力和变形的数值模拟结果与试验实测值吻合较好。对接接头纵向焊接残余应力沿垂直于焊缝方向成拉-压分布状态,其最大值位于热影响区,约为350 MPa,接近材料的屈服强度;纵向残余应力在距焊缝中心60mm范围内为拉应力。横向焊接残余应力的应力水平相对较低,最大值约为100 MPa。焊接变形主要以平面外变形为主,变形模式为马鞍形,最大变形值发生在试板中部远离焊缝中心的外边缘。     

贝氏体钢轨闪光焊接技术的研究

贝氏体钢轨闪光焊的焊接性与材质中Mn和Si含量成反比,降低Mn和Si含量有利于改善钢轨的焊接性,提高焊缝韧性和接头落锤强度。贝氏体钢轨焊缝及热影响区出现的主要缺陷为过热区带状成分偏析、过热区奥氏体晶界成分偏析和焊缝夹杂物(灰斑)缺陷,并与Mn含量密切相关,这些缺陷对接头韧性会产生较大的负面影响。但贝氏体钢轨总体力学性能与珠光体钢轨相当,其中接头拉伸强度、硬度和疲劳强度高于珠光体钢轨。贝氏体钢轨焊接热影响区空冷处理后出现马氏体组织是造成焊缝和过热区存在较高残余应力的主要原因,该残余应力降低了接头的滚动接触疲劳强度,使得部分接头容易出现焊缝水平裂纹。对接头进行500℃,3～5 min的回火热处理可以降低残余应力。现场应用表明,完善回火工艺可大幅度降低焊缝水平裂纹的出现。     

超声波冲击消除钢结构桥梁焊接残余应力的试验研究

根据重庆市江津观音岩长江大桥各梁段和锚拉板的施工制作工艺,以足尺比例制作3个索梁锚固区域锚拉板与工字型截面主梁的连接试件,进行超声波冲击消除钢结构桥梁焊接残余应力的试验研究.结果表明:焊接后,各焊缝存在着相当大的焊接残余应力,很多焊缝平行焊缝长度方向的焊接残余应力在300 MPa(拉应力)以上.实施超声波冲击后,熔透角焊缝X方向的焊接残余应力平均下降50%以上,Y方向平均下降60%以上;丁字型接头焊缝X方向的焊接应力平均下降89.7%,Y方向平均下降96.5%;有些测点的焊接残余应力从拉应力变为压应力.可见,超声波冲击可大幅度削减焊缝的焊接残余应力的峰值(尤其是对高焊接残余应力的焊缝),并能使焊接应力的分布更趋合理化,明显改善锚拉板区域的受力状态,有利于提高焊缝的疲劳强度.     

提高钢轨工厂焊接接头可靠性的研究

通过对影响钢轨焊接接头可靠性因素的分析,找出了焊接工艺过程中产生缺陷的原因,提出了消除应力集中点,减少和消除焊接过程中残余应力的控制措施,通过研发国内首创的轨腰焊缝自动化打磨机、轨底焊缝自动化打磨机和预拱度控制装置等设备,消除或减少了焊接过程中的残余应力和微细裂纹,减少了应力集中点,对于提高钢轨工厂焊接接头可靠性有显著效果。     

铁路货车制动管焊接残余应力测试与焊接组装工艺改进

应用钻孔法对脱轨阀制动管进行了焊接残余应力测试，测试结果表明原焊接工艺条件下，由于制动管管身端部在焊接热的作用下伸长变形受到限制，加剧了焊缝处的径向收缩变形，导致焊趾处产生较大的残余拉应力，在外载荷的二次应力作用下，制动管焊趾处承受了较大的拉应力，增加了制动管焊缝处的疲劳破坏几率。通过对焊接组装工艺改进，降低了制动管焊后焊趾处的残余拉应力，可有效提高制动管疲劳寿命。     

某出口铁路漏斗车焊缝裂纹仿真分析

某出口铁路漏斗车下侧墙与下横脊连接处出现批量裂纹故障,为分析故障产生的原因并寻求解决措施,采用Sysweld焊接仿真软件对连接处的焊缝进行焊接仿真分析,基于热弹塑性有限元法仿真预测其焊接温度场、残余应力及屈服强度。结果表明,该车下侧墙与下横脊连接圆角处易于产生较大的焊接残余应力,其米塞斯应力达到693.0 MPa,特雷斯卡应力达到764.5 MPa,最大拉应力为z方向主应力σz,达到661.7 MPa,最大压应力为x方向主应力σx,达到424.2 MPa,焊接残余应力最大值已超过材料的强度极限,在运用过程中载荷应力的叠加影响下,圆角部位极易产生裂纹源,持续的载荷应力促进了裂纹的扩展。车辆实际产生的裂纹故障情况与仿真预测结果一致。     

超声冲击处理对铸钢件焊接残余应力的影响

以B级钢( ZG25 MnNi)焊接结构为对象,对混合气体保护焊焊缝进行了全覆盖超声冲击试验,研究了超声冲击处理对焊接残余应力的影响.焊接残余应力测量结果表明:焊后进行的焊缝全覆盖冲击可以在焊缝表面以下一定深度有效地引入有益的压应力层,从而改善焊接残余应力分布;超声冲击处理对焊接接头残余应力的改善效果强于采用焊前预热等处理工艺;焊前预热和焊后缓冷措施将在一定程度上降低超声冲击后的焊缝不同区域产生的残余压应力.     

铁路货车厚板多道焊仿真研究

由于焊接过程的复杂性,在实际生产中,对焊接残余应力和残余变形认识不足和难以掌握,在许多情况下仍然是凭经验处理。随着焊接数值方法和计算机技术的发展,数值模拟技术起着越来越重要的作用。本文以铁路货车厚板对接接头多道焊为例,使用SYSWELD软件,基于热弹塑性有限元方法,利用热循环曲线代替瞬态热源对焊缝进行加载的方式,实现多道焊残余应力与残余变形的仿真计算,并且同实验结果对比,验证了仿真模型的正确性,为实际结构焊接变形预测和控制提供了理论依据。     

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。     

磁弹性法无损测试转向架残余应力分布的试验研究

利用磁弹性法研究了转向架构架焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力消除的影响,讨论了适合生产实际的焊后热处理条件.结果表明,焊缝区存在着高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力,丁字形焊缝区产生应力极大值;焊后热处理能显著降低焊接残余应力,并且焊后热处理温度越高,消除效果越好,选择630℃、2.5 h进行焊后热处理时,残余应力平均消除率可达到56.6%.     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响因素

对转向架用SMA490BW钢焊接试样,采用冲击电流为1.5A、冲击时间分别为5,10,15或20min的超声冲击、低温热处理、机械打磨(磨平焊缝余高、打磨焊趾)的处理方法,通过残余应力测试和超声疲劳试验,对比分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素单独作用时对焊接接头超高周疲劳性能的影响程度,并借助扫描电镜观察疲劳断口,分析焊接接头超声冲击前后的裂纹萌生位置变化及失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨后,焊接试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高;磨平焊缝余高对提高焊接接头疲劳寿命最为显著,较原始焊接试样其疲劳寿命可提高约86.4倍;改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对延长焊接接头寿命的贡献比分别约为59%,28%和13%;焊态及冲击态试样的疲劳裂纹大多萌生于焊趾表面,部分冲击态试样的裂纹转而从表面的机械加工的缺陷处萌生,少数从材料内部缺陷处萌生并扩展至断裂失效。     

振动堆焊工艺的初步研究

在振动时效工艺研究的基础上，对把振动施于焊接过程的振动堆焊新工艺作了初步研究。结果表明，振动堆焊对焊缝的强度影响不大，但在适当的振动条件下，振动堆焊可以降低焊缝的残余应力，提高焊缝的冲击韧性，而过高的振动应力水平和振动频率则会增加焊缝组织中气孔和夹渣，增加焊缝的残余应力，降低焊缝的冲击韧性。     

焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响

为提供一种考虑焊接残余应力重分布效应的疲劳裂纹扩展数值模拟方法,并以此研究焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响,采用热弹塑性有限元法计算焊接残余应力,再基于计算机图形学与等参元逆变换提出应力映射技术,并借助该技术将计算的应力映射到疲劳裂纹扩展分析模型.采用NASGRO方程,考虑焊接残余应力的重分布效应,研究焊接残余应力对疲劳寿命的影响.研究结果表明:1)即使是很小的焊接残余拉应力也可能对材料疲劳寿命造成显著的降低.相反,很小的焊接残余压应力也可能显著地提高材料的疲劳寿命,本算例不到10％材料屈服强度的焊接残余拉/压应力,将疲劳寿命降低了/提高了25％/75％以上;2)焊接残余拉应力对疲劳寿命的影响随着应力的增大而增大,但增大的比例随着应力值的增大而显著减小;3)残余压应力对疲劳寿命的影响程度要比同值的拉应力影响大.此外,根据研究结果还给出了一些降低焊接残余应力不利影响及提高材料疲劳性能的工程建议.     

超声冲击技术消除转向架构架焊接残余应力试验方案分析

为消除转向架构架焊接接头残余应力,尝试应用超声冲击法消除焊接接头残余应力。给出了采用超声冲击测试转向架构架焊接接头残余应力试验方案,测试超声冲击前后工艺条件下,焊接接头残余应力的变化特征和规律。对超声冲击前后焊接接头的微观组织和常规力学性能进行了检查测试。结果表明,超声冲击后焊缝区强度有所提高。     

侧架去应力退火前后残余应力及变形有限元分析

文中通过对电力机车典型焊接结构-侧架进行有限元分析,对比去应力退火前后焊接残余应力及前后变形量,阐明了去应力退火工艺对焊接结构残余应力及变形的影响。     

焊前喷砂和焊后热处理对焊接残余应力的影响

用钻盲孔法,研究了转向架用低合金结构钢对接焊试板焊接残余应力的分布、焊前喷砂处理和焊后热处理对焊接残余应力松弛的影响.结果表明,在焊缝区及热影响区存在高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力;焊前喷砂处理能使母材表面形成较大的残余压应力;焊后热处理能够显著降低焊接残余应力,纵向残余应力σx松弛率基本在75%～97%之...     

CRH380A型动车组焊接构架侧梁残余应力分析

利用Sysweld有限元计算软件,分析了CRH380A型动车组焊接构架侧梁残余应力的分布规律,将焊缝附近区域典型部位焊接模拟分析值与试验测试值进行比较,结果表明,焊缝区域的残余应力分析值与测试值的偏差在合理范围之内.     

高速动车组焊接质量先进支撑技术体系建设

以高速动车组焊接质量保障的总需求为核心,围绕焊接工艺设计、焊接生产准备、焊接残余应力和变形控制、焊缝质量检验技术、弧焊装备及工艺过程质量控制以及评价技术体系智能化、精确化、信息化的建设要求,系统规划开展高速动车组自主创新中的虚拟焊接技术、高速动车组焊接数据库及专家系统、智能化焊接装备及工艺评价技术、焊接缺陷超声成像检测及评价技术、高速动车组焊缝射线检测智能化评定技术等关键子系统研制,形成了保障焊接质量的先进支撑技术体系。     

超声波冲击对转向架构架焊缝残余应力的处理效果研究

为了研究超声波冲击对轨道客车转向架构架焊接残余应力处理效果的影响,对对接试板及构架的对接焊缝分别进行了超声波冲击处理。采用X射线衍射法,对处理后的焊缝及热影响区表面进行了残余应力测试。测试结果显示：对接焊缝的纵向应力峰值出现在距焊趾2 mm处,拉应力值达到410 MPa,从焊缝中心线到焊趾外25 mm范围内的应力梯度达460 MPa;经超声波冲击处理后,纵向应力降至-400 MPa左右,应力梯度降至约150 MPa。横向应力峰值出现在距离焊趾5～10 mm处,应力值-50 MPa～50 MPa。超声波冲击处理再经打砂后,对接焊缝的表面残余应力水平相当,分布更加均匀,应力梯度降至100 MPa以内。研究结果表明：超声波冲击处理方法能够大幅削减焊缝区表面的高值拉应力,并将残余应力的分布明显均匀化。该方法对于削减转向架构架产品局部的高值拉应力具有实际应用价值。     

焊接速度对铝合金多道焊焊接残余应力影响研究

采用有限元热弹塑性分析方法对焊接速度与铝合金多道焊焊接残余应力间的影响关系进行模拟。以高速列车中间车铝合金车体K-K端16V(对接6道焊)多道焊为对象,按实际加工工艺,基于有限元软件Sysweld,采用焊接热循环曲线方法对焊接残余应力进行数值仿真分析,然后通过X射线法对焊缝进行残余应力测试,结果表明,数值仿真结果与实验结果相符。参照原始工艺方案,将各道焊焊接速度上下浮动2mm/s,获得另外2个焊接加工方案。分别对3个方案进行数值计算,并分析比较其残余应力。结果表明:多道焊焊接速度越大,纵向残余应力越大,横向残余应力越小;焊接速度的改变对纵向残余应力的影响显著大于对横向残余应力的影响。