絕緣接頭焊接殘余應力有限元模擬

通過有限元分析的方法對tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼釬焊接頭殘余應力場進行分析,計算工藝參數(shù)對接頭應力分布的影響.結果表明,在tc4、不銹鋼母材與釬料接頭兩側的界面區(qū)附近形成應力集中,并且在距離鈦合金母材0.45mm處等效應力達到最大值.釬焊間隙在50μm時應力值最小,釬料的線膨脹系數(shù)在12×10-6℃-1時接頭內(nèi)應力達到最小值,連接溫度對這些殘余應力的集中與分布影響很小.

焊接殘余應力有限元分析技術研究 (3)

發(fā)表時間：2009-6-22作者:孫英學*盧岳川*臧峰剛來源:安世亞太 關鍵字:ansys殘余應力焊接生死單元 本文以某核電站crdm耐壓殼ω焊接為例，應用ansys有限元生死單元技術模 擬焊接流程，并計算出焊接后殘余應力的分布，繪制殘余應力分布曲線并進行計 算結果分析。通過本項目的研究，掌握了焊接殘余應力的分析技術，達到了研究 目的。 1前言 焊接在工業(yè)中的應用是不言而喻的，但同時焊接過程中產(chǎn)生的殘余應力往往 又會導致焊接失效。因此，在工業(yè)中一般都要對殘余應力進行消除，但這種消應 力處理往往在實際結構或環(huán)境中難以實現(xiàn)，就必須進行破壞性分析。 隨著我國核反應堆的建設及運行，核級設備及管道會出現(xiàn)較多的缺陷，有的 缺陷必須進行打磨后焊接修復，同時要進行力學分析評價，此時，力學分析就必 須考慮由焊接而產(chǎn)生的殘余應力。對于焊接后結構中的殘余應力大小及分

焊接殘余應力有限元分析技術研究 (2)

發(fā)表時間：2009-6-22作者:孫英學*盧岳川*臧峰剛來源:安世亞太 關鍵字:ansys殘余應力焊接生死單元 本文以某核電站crdm耐壓殼ω焊接為例，應用ansys有限元生死單元技術模 擬焊接流程，并計算出焊接后殘余應力的分布，繪制殘余應力分布曲線并進行計 算結果分析。通過本項目的研究，掌握了焊接殘余應力的分析技術，達到了研究 目的。 1前言 焊接在工業(yè)中的應用是不言而喻的，但同時焊接過程中產(chǎn)生的殘余應力往往 又會導致焊接失效。因此，在工業(yè)中一般都要對殘余應力進行消除，但這種消應 力處理往往在實際結構或環(huán)境中難以實現(xiàn)，就必須進行破壞性分析。 隨著我國核反應堆的建設及運行，核級設備及管道會出現(xiàn)較多的缺陷，有的 缺陷必須進行打磨后焊接修復，同時要進行力學分析評價，此時，力學分析就必 須考慮由焊接而產(chǎn)生的殘余應力。對于焊接后結構中的殘余應力大小及分

焊接殘余應力有限元分析技術研究

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 　第42卷增刊原子能科學技術vol.42,suppl. 　2008年12月atomicenergyscienceandtechnologydec.2008 焊接殘余應力有限元分析技術研究 孫英學,盧岳川,臧峰剛 (中國核動力研究設計院核反應堆系統(tǒng)設計技術國家級重點實驗室,四川成都　610041) 摘要:本文以嶺澳核電站控制棒驅(qū)動機構(crdm)耐壓殼ω焊接為例,應用ansys有限元生死單元技 術模擬焊接流程,并計算焊接后殘余應力的分布,繪制殘余應力分布曲線并進行計算結果分析。通過本 項目的研究,掌握了焊接殘余應力

半圓管夾套設備最常見的問題是夾套焊接部位開裂引起泄漏。焊接殘余應力是重要的影響因素之一。本文利用有限元軟件abaqus,開發(fā)了一個順次耦合的焊接熱應力計算程序,討論坡口形式、線能量、半管間距等參數(shù)的變化對焊接殘余應力的影響,得到了半管結構殘余應力分布特征,找到了最大焊接殘余應力的位置及大小,為半管夾套的安全評定提供參考。

本文采用數(shù)值模擬方法,分析了低強匹配對接接頭2種拘束條件、5種屈服強度匹配系數(shù)的焊接殘余應力。結果表明,低強匹配接頭焊根處的三向殘余拉應力較小,對靜載強度影響不大;焊趾處的三向殘余拉應力較大,對疲勞強度和冷裂傾向有不利影響。自由狀態(tài)的縱向殘余應力和兩端約束狀態(tài)的橫向殘余應力,焊縫金屬屈服強度每降低25mpa,其殘余應力減少約11mpa。

雙相不銹鋼是針對石油化工行業(yè)中強酸強堿易造成局部點蝕、應力腐蝕以及孔穴腐蝕現(xiàn)象而采用兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點。在焊接生產(chǎn)中,由于不均勻加熱、冷卻、相變和拘束等原因,會在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)熱應力以及殘余應力和變形,往往是形成焊接裂紋的重要因素之一,又是造成熱應變時效脆化的根源。它將降低結構的強度、疲勞壽命,并加速裂紋的擴展破壞。焊接殘余應力的測量方法很多,本文利用有限元法,開發(fā)順次耦合的焊接殘余應力有限元程序,對焊接的saf2205雙相不銹鋼平板焊條電弧焊焊接接頭殘余應力進行分析,為saf2205雙相不銹鋼壓力容器焊接工藝的優(yōu)化、結構完整性評價提供參考。

基于熱-彈塑性相關理論,采用ansys的apdl語言編制焊接殘余應力數(shù)值模擬程序,采用生死單元技術及間接耦合法模擬了典型焊接接頭只焊一條焊縫、兩條焊縫同時焊和兩條焊縫分開焊三種模擬方法的軸向焊接殘余應力σx。結果表明:采用不同模擬方法,典型焊接接頭的變化規(guī)律一致,均在焊縫附近達到最大值;但采用不同方法得到的σx應力水平不同,兩條焊縫的殘余應力會相互影響,在進行相關研究時這種影響需要考慮在內(nèi)。兩條焊縫分開焊與同時焊相比,分開焊可以在一定程度上減小焊縫中心附近區(qū)域的軸向焊接殘余應力,且在焊縫的凸面這種減小作用更加明顯。

利用有限元軟件abaqus,開發(fā)了一個順次耦合的熱應力有限元計算程序,對0cr18ni9/20和1cr5mo/20異種鋼焊接接頭殘余應力進行了有限元模擬分析.結果表明,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力和環(huán)向殘余應力產(chǎn)生在20鋼側的熱影響區(qū),0cr18ni9側有最小的焊接殘余應力.采用incone182來代替a302可以有效地降低殘余應力值,提高抗應力腐蝕開裂的能力.

應用ansys有限元應力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結構設計規(guī)定(hg20583-1998),分別建立了內(nèi)部施焊和外部施焊的內(nèi)伸入式接管與殼體間焊接接頭的模型,分析了焊接接頭處應力分布情況,并對焊接接頭處的應力進行了對比。結果表明,內(nèi)部施焊的整個焊縫x方向的應力平均值大于外部施焊焊縫;外部施焊的整個焊縫y方向應力水平略大于內(nèi)部施焊焊縫;內(nèi)部施焊焊縫等效應力的應力值小,但其高應力區(qū)域范圍較大。

采用有限元方法,模擬計算了鎳基合金粉末釬料在1270℃釬焊k24鎳基合金時,接頭在冷卻過程中的熱應力最大值和應力集中區(qū).結果表明,在冷卻過程中,k24合金接頭的切應力主要集中在界面端點處,且切應力的最大值出現(xiàn)在鎳基釬料/k24合金界面的右端點處,其隨著溫度的降低先減小后增大.同時,接頭x方向拉應力最大值也出現(xiàn)在此處,且其隨著溫度的降低經(jīng)歷由負到正的變化過程.當承受外切切力時,接頭并非在鎳基釬料內(nèi)部斷裂,而鎳基釬料/k24合金界面易成為接頭的主要斷裂區(qū).

研究了采用ag-cu-zn釬料在1173k溫度下釬焊tic金屬陶瓷與鑄鐵時,接頭在冷卻過程中的熱應力最大值和應力集中區(qū)。模擬結果表明,在冷卻過程中,鑄鐵/tic金屬陶瓷接頭的剪應力主要集中在界面端點處,且剪應力的最大值出現(xiàn)在ag-cu-zn/tic金屬陶瓷界面處。tic金屬陶瓷下表面的拉應力最大值出現(xiàn)在tic金屬陶瓷的端點處,且隨著連接溫度的降低拉應力的最大值逐漸降低。tic金屬陶瓷下表面的壓應力最大值出現(xiàn)在tic金屬陶瓷中部,且隨著連接溫度的降低壓應力值逐漸增加。

采用有限元方法對馬氏體耐熱鋼(p91)焊接接頭在溫度為600℃、應力為80mpa下的最大主應力、vonmises等效應力、等效蠕變應變和應力三軸度進行了數(shù)值模擬.結果表明,在接頭上下坡口交界處細晶熱影響區(qū)(fghaz)兩側的最大主應力和vonmises等效應力很高,蠕變變形主要集中在fghaz,等效蠕變應變的最大值位于fghaz的底部.受焊縫和母材的強烈拘束,上下坡口交界處fghaz內(nèi)應力三軸度最大,容易形成蠕變裂紋,導致接頭蠕變開裂.數(shù)值模擬結果與試驗獲得的iv型裂紋產(chǎn)生、擴展結果一致.因此采用應力三軸度表征iv型裂紋開裂比較合理.

高頻焊接是利用高頻電流特有的集膚效應和鄰近效應,使焊接電流聚集于接觸處表層,表層接合面上的溫度上升很快,使待焊面加熱至熔化或接近熔化的塑性狀態(tài),隨后迅速被擠壓成接頭的一種壓焊方法。研究在現(xiàn)有條件下利用盲孔法測量了高頻焊管接頭焊縫的殘余應力,并且采用ansys有限元分析程序,分析管道焊縫在焊接過程中的焊接殘余應力。實測的軸向和環(huán)向殘余應力,與用三維有限元模型計算得到的數(shù)值結果分布規(guī)律基本一致。同時發(fā)現(xiàn)高頻焊管的殘余應力分布與普通電弧焊基本一致,但是其殘余應力值比普通電弧焊偏小,這對于指導實際焊接工程問題具有重要意義。

!第!"卷增刊原子能科學技術#$%&!"'())%& !"**+年,"月-.$/01234567'104314839:41;3$%$67@<l耐壓殼'焊接為例應用-h'a'有限元生死單元技 術模擬焊接流程并計算焊接后殘余應力的分布繪制殘余應力分布曲線并進行計算結果分析通過本 項目的研究掌握了焊接殘余應力的分析技術達到了研究目的 關鍵詞殘余應力焊接生死單元 中圖分類號:a=b,!!!文獻標志碼-!!!文章編號,***cde=,"**+

鋼橋整體節(jié)點焊接殘余應力三維有限元分析

本文應用ansys有限元應力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結構設計規(guī)定(hg20583-1998),分別建立內(nèi)部施焊和外部施焊的內(nèi)伸入式接管與殼體間焊接接頭的模型,分析焊接接頭處應力分布的情況,并對焊接接頭處的應力進行對比。對比結果表明:a類焊接接頭所受應力最大;c類焊接接頭應力相對較小;b類焊接接頭受力效果最好。若可以對焊縫的坡口連接拐點附近進行優(yōu)化,可以大大的減小應力水平,改善焊縫的受力情況。

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力和變形進行模擬.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.運用單元生死技術模擬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力、變形場,并對計算結果進行了分析.結果表明,焊接順序?qū)形接頭的殘余應力和變形有較大的影響,采用先焊一側,然后焊另一側的方案所得到的殘余應力和角變形最小.

采用有限元仿真通用平臺abaqus模擬了核反應堆中不銹鋼管接頭淬火過程,分析了淬火后殘余應力的分布情況,得到了殘余應力在管接頭內(nèi)外表面的分布特性。研究了改變淬火溫度與淬火冷卻速率對殘余應力分布特性的影響,然后結合不同淬火工藝實現(xiàn)的條件,在保證最低資源消耗與得到最佳殘余應力場的情況下,尋求最優(yōu)的淬火工藝條件,為企業(yè)的淬火工藝制定提供了一種很好的參考。