絕緣接頭焊接殘余應(yīng)力有限元模擬

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

焊接殘余應(yīng)力有限元分析技術(shù)研究 (3)

發(fā)表時(shí)間：2009-6-22作者:孫英學(xué)*盧岳川*臧峰剛來(lái)源:安世亞太 關(guān)鍵字:ansys殘余應(yīng)力焊接生死單元 本文以某核電站crdm耐壓殼ω焊接為例，應(yīng)用ansys有限元生死單元技術(shù)模 擬焊接流程，并計(jì)算出焊接后殘余應(yīng)力的分布，繪制殘余應(yīng)力分布曲線并進(jìn)行計(jì) 算結(jié)果分析。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，掌握了焊接殘余應(yīng)力的分析技術(shù)，達(dá)到了研究 目的。 1前言 焊接在工業(yè)中的應(yīng)用是不言而喻的，但同時(shí)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力往往 又會(huì)導(dǎo)致焊接失效。因此，在工業(yè)中一般都要對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，但這種消應(yīng) 力處理往往在實(shí)際結(jié)構(gòu)或環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)，就必須進(jìn)行破壞性分析。 隨著我國(guó)核反應(yīng)堆的建設(shè)及運(yùn)行，核級(jí)設(shè)備及管道會(huì)出現(xiàn)較多的缺陷，有的 缺陷必須進(jìn)行打磨后焊接修復(fù)，同時(shí)要進(jìn)行力學(xué)分析評(píng)價(jià)，此時(shí)，力學(xué)分析就必 須考慮由焊接而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。對(duì)于焊接后結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力大小及分

焊接殘余應(yīng)力有限元分析技術(shù)研究 (2)

發(fā)表時(shí)間：2009-6-22作者:孫英學(xué)*盧岳川*臧峰剛來(lái)源:安世亞太 關(guān)鍵字:ansys殘余應(yīng)力焊接生死單元 本文以某核電站crdm耐壓殼ω焊接為例，應(yīng)用ansys有限元生死單元技術(shù)模 擬焊接流程，并計(jì)算出焊接后殘余應(yīng)力的分布，繪制殘余應(yīng)力分布曲線并進(jìn)行計(jì) 算結(jié)果分析。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，掌握了焊接殘余應(yīng)力的分析技術(shù)，達(dá)到了研究 目的。 1前言 焊接在工業(yè)中的應(yīng)用是不言而喻的，但同時(shí)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力往往 又會(huì)導(dǎo)致焊接失效。因此，在工業(yè)中一般都要對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，但這種消應(yīng) 力處理往往在實(shí)際結(jié)構(gòu)或環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)，就必須進(jìn)行破壞性分析。 隨著我國(guó)核反應(yīng)堆的建設(shè)及運(yùn)行，核級(jí)設(shè)備及管道會(huì)出現(xiàn)較多的缺陷，有的 缺陷必須進(jìn)行打磨后焊接修復(fù)，同時(shí)要進(jìn)行力學(xué)分析評(píng)價(jià)，此時(shí)，力學(xué)分析就必 須考慮由焊接而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。對(duì)于焊接后結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力大小及分

焊接殘余應(yīng)力有限元分析技術(shù)研究

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 　第42卷增刊原子能科學(xué)技術(shù)vol.42,suppl. 　2008年12月atomicenergyscienceandtechnologydec.2008 焊接殘余應(yīng)力有限元分析技術(shù)研究 孫英學(xué),盧岳川,臧峰剛 (中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都　610041) 摘要:本文以嶺澳核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(crdm)耐壓殼ω焊接為例,應(yīng)用ansys有限元生死單元技 術(shù)模擬焊接流程,并計(jì)算焊接后殘余應(yīng)力的分布,繪制殘余應(yīng)力分布曲線并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果分析。通過(guò)本 項(xiàng)目的研究,掌握了焊接殘余應(yīng)力

半圓管夾套設(shè)備最常見(jiàn)的問(wèn)題是夾套焊接部位開裂引起泄漏。焊接殘余應(yīng)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(gè)順次耦合的焊接熱應(yīng)力計(jì)算程序,討論坡口形式、線能量、半管間距等參數(shù)的變化對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響,得到了半管結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力分布特征,找到了最大焊接殘余應(yīng)力的位置及大小,為半管夾套的安全評(píng)定提供參考。

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

雙相不銹鋼是針對(duì)石油化工行業(yè)中強(qiáng)酸強(qiáng)堿易造成局部點(diǎn)蝕、應(yīng)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(diǎn)。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(huì)在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)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(yīng)變時(shí)效脆化的根源。它將降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、疲勞壽命,并加速裂紋的擴(kuò)展破壞。焊接殘余應(yīng)力的測(cè)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(yīng)力有限元程序,對(duì)焊接的saf2205雙相不銹鋼平板焊條電弧焊焊接接頭殘余應(yīng)力進(jìn)行分析,為saf2205雙相不銹鋼壓力容器焊接工藝的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)提供參考。

基于熱-彈塑性相關(guān)理論,采用ansys的apdl語(yǔ)言編制焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬程序,采用生死單元技術(shù)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(shí)焊和兩條焊縫分開焊三種模擬方法的軸向焊接殘余應(yīng)力σx。結(jié)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(dá)到最大值;但采用不同方法得到的σx應(yīng)力水平不同,兩條焊縫的殘余應(yīng)力會(huì)相互影響,在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)這種影響需要考慮在內(nèi)。兩條焊縫分開焊與同時(shí)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(yīng)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(gè)順次耦合的熱應(yīng)力有限元計(jì)算程序,對(duì)0cr18ni9/20和1cr5mo/20異種鋼焊接接頭殘余應(yīng)力進(jìn)行了有限元模擬分析.結(jié)果表明,無(wú)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(yīng)力和環(huán)向殘余應(yīng)力產(chǎn)生在20鋼側(cè)的熱影響區(qū),0cr18ni9側(cè)有最小的焊接殘余應(yīng)力.采用incone182來(lái)代替a302可以有效地降低殘余應(yīng)力值,提高抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力.

應(yīng)用ansys有限元應(yīng)力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)力分布情況,并對(duì)焊接接頭處的應(yīng)力進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,內(nèi)部施焊的整個(gè)焊縫x方向的應(yīng)力平均值大于外部施焊焊縫;外部施焊的整個(gè)焊縫y方向應(yīng)力水平略大于內(nèi)部施焊焊縫;內(nèi)部施焊焊縫等效應(yīng)力的應(yīng)力值小,但其高應(yīng)力區(qū)域范圍較大。

采用有限元方法,模擬計(jì)算了鎳基合金粉末釬料在1270℃釬焊k24鎳基合金時(shí),接頭在冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力最大值和應(yīng)力集中區(qū).結(jié)果表明,在冷卻過(guò)程中,k24合金接頭的切應(yīng)力主要集中在界面端點(diǎn)處,且切應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在鎳基釬料/k24合金界面的右端點(diǎn)處,其隨著溫度的降低先減小后增大.同時(shí),接頭x方向拉應(yīng)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(fù)到正的變化過(guò)程.當(dāng)承受外切切力時(shí),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(shí),接頭在冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力最大值和應(yīng)力集中區(qū)。模擬結(jié)果表明,在冷卻過(guò)程中,鑄鐵/tic金屬陶瓷接頭的剪應(yīng)力主要集中在界面端點(diǎn)處,且剪應(yīng)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(yīng)力最大值出現(xiàn)在tic金屬陶瓷的端點(diǎn)處,且隨著連接溫度的降低拉應(yīng)力的最大值逐漸降低。tic金屬陶瓷下表面的壓應(yīng)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(yīng)力值逐漸增加。

采用有限元方法對(duì)馬氏體耐熱鋼(p91)焊接接頭在溫度為600℃、應(yīng)力為80mpa下的最大主應(yīng)力、vonmises等效應(yīng)力、等效蠕變應(yīng)變和應(yīng)力三軸度進(jìn)行了數(shù)值模擬.結(jié)果表明,在接頭上下坡口交界處細(xì)晶熱影響區(qū)(fghaz)兩側(cè)的最大主應(yīng)力和vonmises等效應(yīng)力很高,蠕變變形主要集中在fghaz,等效蠕變應(yīng)變的最大值位于fghaz的底部.受焊縫和母材的強(qiáng)烈拘束,上下坡口交界處fghaz內(nèi)應(yīng)力三軸度最大,容易形成蠕變裂紋,導(dǎo)致接頭蠕變開裂.數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)獲得的iv型裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展結(jié)果一致.因此采用應(yīng)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(yīng)和鄰近效應(yīng),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(cè)量了高頻焊管接頭焊縫的殘余應(yīng)力,并且采用ansys有限元分析程序,分析管道焊縫在焊接過(guò)程中的焊接殘余應(yīng)力。實(shí)測(cè)的軸向和環(huán)向殘余應(yīng)力,與用三維有限元模型計(jì)算得到的數(shù)值結(jié)果分布規(guī)律基本一致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)高頻焊管的殘余應(yīng)力分布與普通電弧焊基本一致,但是其殘余應(yīng)力值比普通電弧焊偏小,這對(duì)于指導(dǎo)實(shí)際焊接工程問(wèn)題具有重要意義。

利用有限元分析軟件marc,對(duì)冷卻后的九層玻璃/鋁陽(yáng)極焊接試件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,獲得了九層陽(yáng)極冷卻試件內(nèi)殘余應(yīng)力和應(yīng)變分布。模擬結(jié)果表明,試件冷卻后各處的冷卻收縮量不同,其內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和應(yīng)變,試件發(fā)生翹曲;過(guò)渡層內(nèi)的等效應(yīng)力最大,且關(guān)于鋁層呈對(duì)稱分布;鋁層內(nèi)的等效應(yīng)力值達(dá)到了屈服極限,表明鋁層發(fā)生了塑性變形,且鋁層內(nèi)的等效應(yīng)變最大。

!第!"卷增刊原子能科學(xué)技術(shù)#$%&!"'())%& !"**+年,"月-.$/01234567'104314839:41;3$%$67@<l耐壓殼'焊接為例應(yīng)用-h'a'有限元生死單元技 術(shù)模擬焊接流程并計(jì)算焊接后殘余應(yīng)力的分布繪制殘余應(yīng)力分布曲線并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果分析通過(guò)本 項(xiàng)目的研究掌握了焊接殘余應(yīng)力的分析技術(shù)達(dá)到了研究目的 關(guān)鍵詞殘余應(yīng)力焊接生死單元 中圖分類號(hào):a=b,!!!文獻(xiàn)標(biāo)志碼-!!!文章編號(hào),***cde=,"**+

鋼橋整體節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力三維有限元分析

根據(jù)實(shí)際釬焊條件,采用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)ti(c,n)/45號(hào)鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的大小及分布進(jìn)行分析,結(jié)果表明,在釬焊溫度為880℃條件下,接頭軸向殘余應(yīng)力在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)表現(xiàn)為拉應(yīng)力,45號(hào)鋼側(cè)表現(xiàn)為壓應(yīng)力,且拉應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)的外邊緣靠近釬縫的很小區(qū)域內(nèi)。

本文應(yīng)用ansys有限元應(yīng)力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)力分布的情況,并對(duì)焊接接頭處的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明:a類焊接接頭所受應(yīng)力最大;c類焊接接頭應(yīng)力相對(duì)較小;b類焊接接頭受力效果最好。若可以對(duì)焊縫的坡口連接拐點(diǎn)附近進(jìn)行優(yōu)化,可以大大的減小應(yīng)力水平,改善焊縫的受力情況。