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收稿日期:2005-09-14基金项目:中石化科技开发资助项目(02JS N J Y Z 101019)典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析 陈 虎, 巩建鸣, 涂善东 (南京工业大学机械与动力工程学院, 南京 210009)摘 要:针对两种典型的封闭环焊缝焊接———圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布。
分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效。
相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视。
关键词:封闭焊缝;残余应力;有限元方法;高斯热源;多道焊;裂纹扩展中图分类号:TG 404 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2006)10-073-04陈 虎0 序 言对大的壳体进行局部挖补镶块修复焊接以及板结构焊接接管时,其焊缝属于典型的封闭焊缝。
由于焊缝的闭合性,拘束度较大,焊后常会产生较大的焊接残余应力,尤其对于奥氏体不锈钢焊件,焊后通常不做专门的焊后热处理,封闭焊缝所产生的焊后残余应力尤其残余拉应力的存在势必会降低焊接接头的性能进而影响整个焊件服役的可靠性。
比如在腐蚀环境下服役的奥氏体不锈钢焊件,其焊接接头由于残余拉应力、接头区微结构以及腐蚀环境的共同作用,容易发生应力腐蚀开裂(SCC )失效[1];对于长期服役于高温环境下的焊接构件,高温蠕变的影响致使材料发生劣化,最终导致蠕变开裂,其中发生热影响区环向开裂、焊缝金属横向开裂最主要的诱因就在于接头存在较大的残余拉应力[2]。
众多学者已通过试验[3]或数值模拟[4]来研究焊接残余应力,但多是针对非封闭焊缝,而对封闭型环焊缝的研究较少。
对两种典型封闭环焊缝分别建立三维有限元模型,使用有限元软件ABAQUS 对焊缝多道焊的热循环过程和残余应力场的分布进行模拟分析,并对结果进行讨论,以期对研究具有封闭焊缝的焊接结构失效提供参考。
设 计 计 算304不锈钢半管夹套焊接部位残余应力有限元模拟蒋文春,巩建鸣,陈 虎,涂善东(南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 210009)摘 要:半圆管夹套设备最常见的问题是夹套焊接部位开裂引起泄漏。
焊接残余应力是重要的影响因素之一。
本文利用有限元软件AB AQUS,开发了一个顺次耦合的焊接热应力计算程序,讨论坡口形式、线能量、半管间距等参数的变化对焊接残余应力的影响,得到了半管结构残余应力分布特征,找到了最大焊接残余应力的位置及大小,为半管夹套的安全评定提供参考。
关键词:半管夹套;焊接残余应力;顺次耦合;有限元;AB AQUS中图分类号:TG404;TH49 文献标识码:A 文章编号:1001-4837(2006)05-0025-04Finite Element Analysis of Welding Residual Stressof Stainless S teel304Half-pipe JacketJIANG Wen-chun,GONG Jian-ming,C HEN Hu,TU Shan-tung(C ollege of Mechanical and Power Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing210009,China)Abstract:The general proble m of half-pipe jacket is the leakage of the welding line induced by crack.Weld ing residual stress is one of the main affect ing the finite element analysis software AB AQUS,a se quentially coupled welding thermal-stress procedure is developed to calculate the stress distribution of half-pipe and discuss the effec t of bevel form and heat input as well as the half-pipe separation.The characteristic of welding residual stress distribution was obtained.The position and value of maximum stress was found which provide a reference for safety access.Key words:half-pipe jacke t;welding residual stress;sequentially c oupling;FEA;ABAQUS半管设备作为一种加热冷却设备,与普通夹套容器相比,具有筒体受力好、传热效率高、节能及节约钢材用量等优点,被广泛运用在化工、医药等行业[1]。
（2）运用三维模型装配仿真对打磨掉干涉区域后的前承力机匣和IGB机匣进行模拟装配，结果显示可实现装配；（3）实物装配IGB机匣与打磨后的前承力机匣，可顺利完成装配；（4）装配后的发动机在完成其原定试验计划后，未出现任何潜在问题。
通过三维装配仿真可有效地为设计及排故等提供有力的技术支持，节省由于设计等不合理带来的返工、时间以及其他成本的浪费。
5结语目前发动机装配分析主要是对比典型民用航空发动机装配顺序和装配路径，定性地判断整机装配性，无法准确判断实际装配情况。
通过三维仿真装配技术，在方案设计阶段，建立发动机装配仿真模型，进行三维静态、动态干涉检查，规划整机装配路径，可最大程度地暴露并提前解决装配过程存在的干涉问题，保证实际装配可行性，提高装配效率，节约成本。
［参考文献］[1]雷相波.虚拟装配的3D空间动作路径方法研究[J].电脑编程技巧与维护，2019（12）：79-80.[2]田富君，田锡天，耿俊浩，等.基于视点跟随的装配路径规划与干涉检查研究[J].中国机械工程，2011，22（15）：1810-1814.[3]邵毅，余剑峰，李原，等.基于VMap的装配路径规划研究与实现[J].西北工业大学学报，2001，19（1）：118-121.[4]SUN J K,YANG C Y,QIU H H.Assembly Process PlanningBased on Tri-dimensional Visual Platform[J].Applied Mechanics and Meterials,2014,644/645/646/647/648/649/ 650:4805-4808.[5]徐丽英.基于CATIA V5平台模型装配过程中的干涉分析[C]//大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年年会论文集，2007：161-169.[6]杨家军，苏昭群，张明丽，等.基于虚拟现实技术的机构干涉分析[J].湖北工业大学学报，2010，25（4）：1-3.[7]穆塔里夫·阿赫迈德，张年松，郑力.加工中心虚拟装配建模及装配干涉研究[J].现代制造工程，2002（9）：14-16.[8]郑轶，宁汝新，刘检华，等.交互式虚拟装配路径规划及优选方法研究[J].中国机械工程，2006，17（11）：1153-1156. [9]刘检华，宁汝新，万毕乐，等.面向虚拟装配的复杂产品装配路径规划技术研究[J].系统仿真学报，2007，19（9）：2003-2007.[10]刘检华，宁汝新，姚珺，等.面向虚拟装配的零部件精确定位技术研究[J].计算机集成制造系统，2005，11（4）：498-502.收稿日期：2018-05-17作者简介：王秋阳（1985—），女，湖北襄阳人，硕士，工程师，主管设计师，研究方向：发动机总体结构设计。
探析钢结构焊接残余应力发表时间：2016-11-09T10:40:18.190Z 来源：《低碳地产》2016年13期作者：褚胜明[导读] 【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。
对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。
在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。
本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。
身份证号码：32108619650515xxxx 江苏泰州 225300【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。
对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。
在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。
本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。
【关键词】钢结构；焊接工艺；残余应力；分析与消除在建筑行业中，钢结构的应用对该行业的发展起到了极大的推动作用。
由于钢结构的强度以及抗震性与其他材料相比都更具优势，而且自重轻，建设施工速度快，所以现在已经在建筑行业中得到了普遍的使用。
不过钢结构也存在着较多的缺点，比如在使用过程中，钢结构具有脆断性，这是一个严重影响建筑质量安全的潜在隐患。
此外，疲劳破损问题也是一个非常严重的隐患，这导致钢结构的稳定性存在缺陷。
笔者结合近年来钢结构焊接过程中残余应力产生的不同原因进行分类，并根据不同的产生原因对其进行了分析，提出了具体的解决措施和建议。
1、不同残余应力的分类在钢结构的焊接过程中，由于大量热量高度集中，在焊接结束后焊件内仍存在一定的应力，这些未消除的参与在焊件中的应力就是我们经常提到的焊接残余应力。
根据这种焊接残余应力方向的不同，可以分为纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和沿焊缝厚度方向的焊接残余应力三种。
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟爆炸消除焊接残余应力的数值模拟焊接残余应力是一个常见的问题。
在焊接过程中，高温物质的热膨胀和收缩会导致材料的形状发生变化，进而产生残余应力，这将会影响机械性能和耐用性。
而解决残余应力的方法之一就是爆炸消除技术。
本文将介绍通过数值模拟爆炸消除焊接残余应力的方法。
首先，我们需要建立一个三维的有限元模型。
这个模型应该和我们想要焊接的实际工件尽可能接近。
我们可以使用数值计算软件或者有限元分析软件来构建这个模型。
在建模的过程中，我们需要考虑焊接热源、导热、冷却和热膨胀等因素。
然后，我们需要确定爆炸消除技术的参数。
爆炸消除包括激波、爆炸和喷射等过程。
我们需要考虑爆炸药的种类、粒度和密度、爆炸药与工件之间的距离、爆炸的时间、爆炸的方向和强度等因素。
这些参数的确定需要基于实验和经验，并结合实际情况进行调整。
接下来，我们需要进行数值模拟。
我们将爆炸消除过程和焊接过程连接在一起进行模拟，同时考虑材料的耐热性，热膨胀系数以及变形发生的顺序等因素。
在数值模拟的过程中，我们需要对边界条件进行适当的设定，如限制边界和速度边界。
同时，我们还需要考虑计算时间和内存的限制，保证计算的收敛性和稳定性。
最后，我们需要对模型进行结果分析和数据处理。
我们可以通过结果图表来直观地展现残余应力的分布和变化情况，并进行相关数据的分析和处理。
我们还可以通过比较实验结果和数值模拟结果来验证模型的准确度和可靠性。
总之，数值模拟是一种有效的解决焊接残余应力问题的方法。
通过建立合适的模型，确定正确的参数和进行精确的计算和分析，我们可以更好地掌握焊接残余应力的变化规律，并采取有效的措施来解决这个问题。
对于焊接残余应力的数值模拟分析，我们需要进行相关数据分析，以确定残余应力分布的规律和变化趋势。
首先，我们需要收集和分析关于焊接材料的相关数据，如热膨胀系数、热导率、比热容、密度、杨氏模量和泊松比等。
这些参数对于确定焊接过程中热膨胀和冷却的效应非常重要，尤其是在数值模拟中。
SUS304不锈钢管对接焊缝的残余应力及变形的数值模拟不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，在我国的船舶建造过程中占有举足轻重的地位，特别是对于升船机上一些关键承重部位而言，不锈钢更是起到不可替代的作用[1]。
而在不锈钢材料构件的制造过程中，焊接是最常见的连接手段。
然而，构件在焊接过程中经受局部加热和快速冷却，不可避免地产生焊接残余应力和变形[2-3]。
由于船舶长时间在水上工作，腐蚀环境恶劣，在腐蚀介质和焊接残余应力的共同作用下，很容易诱发应力腐蚀现象，大大降低工件的服役寿命。
此外，焊后产生的焊接变形不仅影响产品的外观，而且会带来装配上的问题，矫正焊接变形不仅延长生产周期又增加制造成本[4-6]。
因此，在实际焊接生产中如何有效预测和控制焊接残余应力和变形具有非常重要的工程应用价值。
传统图书馆多数采用纸质图书来实现学生的阅读教育，但在互联网背景之下，纸质图书愈发不受现代学生的青睐，学生更多地愿意翻阅手机、电脑等网络信息，对于此现象，许多高校都开展了图书馆阅读推广活动但收效甚微。
在教育改革之后，人们开始意识到传统的教育方式已经不再适用于现代学生，需要将现代学生的阅读习惯与阅读教育进行结合，形成新式的教育模式才能再次发挥图书馆的教育功效，因此就诞生了“互联网+”阅读教育模式。
本研究针对SUS304 钢管对焊接头，基于ABAQUS 有限元分析软件，开发了“热-冶金-力学” 耦合有限元计算方法。
采用该方法模拟了焊接接头的温度场、残余应力和焊接变形，讨论了TIG 焊焊接接头温度场和熔池分布特征，以及角度变化对钢管内、外表面残余应力的分布和影响。
1 试验方法试验对象为SUS304 钢管对焊接头，规格为Φ48 mm×5 mm，填充材料为A308L。
焊接方法采用手工TIG 焊，直流正接，保护气为纯氩气，气流量10～15 L／min，管内通纯氩气，流量1～2 L／min，其他焊接参数见表1。
焊前将接口端部2 cm 范围内的杂物清理干净，焊接层间温度低于150 ℃，试样尺寸及焊道布置如图1 所示。
