Al_2O_3陶瓷与45钢扩散焊接参数对残余应力分布的影响

以Al_2O_3陶瓷/45钢陶瓷传感器为研究对象,采用有限元方法分析计算了Al_2O_3陶瓷与45钢扩散焊接残余应力的分布,研究了扩散焊接工艺参数焊接温度、冷却速度、焊接压力等对残余应力分布的影响,并得出了最优的工艺方案。研究结果表明,在焊接压力、冷却速度等工艺条件不变的情况下,改变焊接温度对残余应力的影响不明显;改变冷却速度对于残余应力的影响较明显;增加焊接压力,剪切应力和轴向应力也会随之增大,但变化幅度并不大,轴向应力最大拉应力减小,最大压应力增大;最优工艺为焊接温度930℃,冷却速度10℃/min,焊接压力15MPa。     

基于Simufact的马铃薯收获机悬挂架焊接仿真

由于焊接部位的不均匀加热及冷却产生不同程度的应力和变形影响着马铃薯收获机的制造质量和使用性能。本文运用Simufact-Welding软件对马铃薯收获机的悬挂架进行焊接仿真,分析了悬挂架在焊接过程中的温度、变形、应力变化和分布情况,为探索焊条电弧焊提供了一种新方法。仿真结果表明:焊缝采样点在X方向上的最大拉应力113 MPa,最大压应力89 MPa;在Y方向上的最大拉应力184 MPa,最大压应力429 MPa;Z方向上的最大拉应力64 MPa,最大压应力323 MPa。焊缝处的应力集中于引弧和收弧处。焊接初始阶段焊缝各采样点处的t8/5时间在12.2s到12.8 s之间,仿真结果和计算值基本吻合,但焊缝后部分各采样点处的t8/5时间大于计算值。     

随焊锤击降低薄板拼焊应力变形的研究

为了减小薄板焊接应力、防止焊接变形的产生,利用电磁锤随焊锤击装置,分别对焊后尚处于高温状态的焊趾和焊缝区金属施加一定频率的锤击力,使焊缝金属在纵向和横向都充分延展,降低了焊接残余应力。试验结果表明:电磁锤随焊锤击能降低焊接应力,同时也能改善焊接接头的残余应力分布状态,细化晶粒,能将薄板焊接应力变形控制在较低的水平。     

基于高斯热源的T型接头焊接数值模拟

针对重要焊接构件T型接头的焊接问题,讨论了焊接热源应用情况。采用高斯热源模型,建模并划分网格,确定相应的焊接工艺参数并选用合理的材料热物理性能条件,利用有限元法模拟焊接过程,分析了s355j2g3钢T型接头的焊接温度场、应力场,探讨了温度场的变化规律。高斯热源模型模拟等离子弧焊较为合理,焊后应力最大值未出现在焊缝上,而是出现在横板和立板贴近焊缝的热影响区部位,焊接应力的最大值处于焊件的表面,由外到内逐渐衰减,焊后残余应力主要为拉应力,数值较大,作用范围很小且衰减迅速,结合焊缝末端节点以及整个焊缝的温度循环曲线,分析了晶相转变及焊缝组织,发现其主要金相组织为贝氏体及马氏体,其他相较少。该研究为T型焊接接头的性能研究提供了有力的帮助。     

V形对接焊的有限元分析

在热弹塑性力学的基础上,运用大型通用有限元分析软件ANSYS对V形对接焊进行三维实时动态模拟,得出了焊接温度场和焊接残余应力场。模拟结果表明,在焊缝中心处出现残余应力的峰值,且表现为拉应力。该方法对优化焊接工艺具有指导作用。     

直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

不同强度匹配的X80钢环焊接头力学性能及变形能力

环焊接头的强度匹配与韧性对管道服役安全至关重要。为了更深入掌握环焊缝的失效机理,采用力学性能测试、微观分析等方法,测试了两种不同强度匹配的高铌X80钢环焊接头的组织和性能,并借助数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)研究了焊接接头在拉伸载荷下的应变行为。结果表明:低强匹配与高强匹配的环焊接头均具有较好的冲击韧性,二者的夏比冲击吸收能量平均值相当。在拉伸载荷下,应变集中最先出现在环焊缝的根焊及热影响区部位。随着拉伸载荷的增加,高强匹配环焊接头的应变集中逐渐转移至母材,管道承受轴向载荷及变形的能力大于低强匹配环焊接头;低强匹配环焊接头虽具有较好的韧性,但因其在焊缝及热影响区存在塑性应变累积效应,易发生断裂。(图9,表4,参22)     

国内大口径、高钢级管道焊接及焊缝检测技术现状

针对国内大口径、高钢级管道普遍采用半自动焊技术而逐渐暴露的焊接质量问题,研究了大口径、高钢级管道的焊接技术及焊缝检测技术。分析了半自动焊与全自动焊对大口径、高钢级管道环焊缝质量的影响因素,并通过西气东输高钢级管道焊口泄漏事故失效分析报告、管材低温冲击试验与金相分析报告及环焊缝焊接工艺试验,验证了影响焊接质量的因素;开展了半自动焊与全自动焊经济性对比,得到了焊接机组成本与完成工作量的关系;研究了自动超声波检测技术的可靠性,提出了国内全自动焊焊缝检测的方法。由此可得:对于大口径、高钢级管道,全自动焊能够有效避免半自动焊环焊缝低温冲击功值偏低且离散的问题,具有质量可靠、工效提升的优势,但从经济性角度考虑,只有当全自动焊工作量大于经济焊接工作量时,全自动焊的经济效益才会超过半自动焊;全自动焊焊缝质量可采用自动超声波检测技术检验。因此,建议在大口径、高钢级管道的建设施工中,全面推行全自动焊技术。     

国内大口径、高钢级管道焊接及焊缝检测技术现状北大核心

针对国内大口径、高钢级管道普遍采用半自动焊技术而逐渐暴露的焊接质量问题,研究了大口径、高钢级管道的焊接技术及焊缝检测技术。分析了半自动焊与全自动焊对大口径、高钢级管道环焊缝质量的影响因素,并通过西气东输高钢级管道焊口泄漏事故失效分析报告、管材低温冲击试验与金相分析报告及环焊缝焊接工艺试验,验证了影响焊接质量的因素;开展了半自动焊与全自动焊经济性对比,得到了焊接机组成本与完成工作量的关系;研究了自动超声波检测技术的可靠性,提出了国内全自动焊焊缝检测的方法。由此可得:对于大口径、高钢级管道,全自动焊能够有效避免半自动焊环焊缝低温冲击功值偏低且离散的问题,具有质量可靠、工效提升的优势,但从经济性角度考虑,只有当全自动焊工作量大于经济焊接工作量时,全自动焊的经济效益才会超过半自动焊;全自动焊焊缝质量可采用自动超声波检测技术检验。因此,建议在大口径、高钢级管道的建设施工中,全面推行全自动焊技术。     

鲁宁管道打孔盗油管段应力现场测试

针对管道盗油孔自身及其焊接修复时产生的残余应力以及修补结构应力集中降低管道承载能力的现状,对鲁宁管道某盗油管段在实际生产运营中的应力应变分布进行了现场测量.采用电阻应变测量法(电测法),对被盗管段应力应变分布的测试结果进行了分析,结果表明,对管体的强度进行评价时只考虑环向应力即可,盗油孔及其修补结构局部应力集中系数最大值为2.1.     

螺旋焊缝管道的开裂原因

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、维氏硬度仪及金相观察等分析手段,对开裂螺旋焊缝管进行取样分析,利用冲击试验测试了管道母材的抗开裂能力。结果表明：该管道焊缝存在明显缺陷,缺陷类型包括存在于焊缝中的焊缝金属裂纹和夹杂,存在于热影响区中的焊趾裂纹和焊接裂纹,同时在热影响区及母材中存在夹杂。在高外载作用下,由于焊缝区硬度高于热影响区及母材的硬度,使得焊趾裂纹先于焊缝金属裂纹向热影响区扩展。热影响区中沿轧制方向排列的层状夹杂的存在促进了裂纹的扩展,形成层状撕裂,最终导致管道沿热影响区开裂直至母材。     

长输管道焊缝的内应力分析

从钢管壁上任意一点的环向应力入手,分析了长输管道焊缝的内应力。该内应力由环向应力和轴向应力构成,据此推导出了焊缝处的合成应力。通过直缝与环缝处的应力比较,得出了直缝承受压力最大、环缝承受压力最小、螺旋焊缝介于二者之间的结论。认为管径和壁厚在所受压力相同的条件下,若管道发生爆裂,其爆裂起点一般不会位于螺旋焊缝处,因而螺旋焊缝管的安全性优于直缝焊接管。计算表明,在上述条件相同的情况下,若采用螺旋焊缝管,其管壁厚度可以相应减薄,能够节省投资,提高经济效益。     

基于宽板拉伸的错边环焊缝应力集中试验与模拟

应力状态是环焊缝合于使用评价的关键因素,而错边会引起环焊缝结构的不连续性,导致焊缝所受应力状态发生变化。为了探讨含错边环焊缝在外加载荷下的力学行为以及应力分布情况,通过宽板拉伸试验对含错边的环焊缝应力集中现象进行研究,建立有限元模型对其进行验证,对比了BS 7910-2013《金属结构中缺陷验收评定方法导则》和GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》推荐方法所得的计算结果。研究表明:错边会导致明显的焊缝应力集中,BS 7910-2013计算得到的应力集中系数与宽板和有限元模拟得到的结果相比保守度较为合理。含错边管道环焊缝现场缺陷合于使用评价时,推荐采用BS 7910-2013对错边进行应力集中等效处理。     

X80管道环焊缝缺陷钢质环氧套筒补强试验

为验证钢质环氧套筒在X80管道环焊缝缺陷补强方面的适用性,选取管径1 016 mm的X80管件,人工焊接制作两道含同样规格缺陷的环焊缝,其中一道不做补强处理,另一道采取钢质环氧套筒补强处理。通过内压、波动压力、内压与弯矩耦合作用的力学试验方法,对上述未补强及补强后的两道含缺陷环焊缝分别进行全尺寸力学测试,并对比分析其破坏特征、承载力及变形性能。试验结果表明:在工作压力下,钢质环氧套筒补强可降低环焊缝缺陷环向及轴向应力,套筒对内压的分担比例达47%;在循环波动压力下,钢质环氧套筒补强后的环焊缝缺陷应力值基本保持不变,表明套筒修复环焊缝缺陷的应力水平作用稳定,不随压力波动变化;在内压与弯矩耦合作用下,未补强管件破坏模式为焊缝截面整体断裂,补强后的管件则为受拉区钢材屈服后受压区局部失稳破坏,表明钢质环氧套筒可增强管道抗弯承载力,降低弯曲挠度。研究成果可为钢质环氧套筒补强X80管道含缺陷环焊缝的工程应用提供参考。(图16,参24)     

管道环焊缝根焊部位应变及微区力学性能对裂纹扩展的影响

【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%～52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在...     

油气管道环焊缝面临的主要问题及应对措施

为解决高钢级管道环焊缝失效难题,提升中国油气管道安全性,系统分析了管道环焊缝失效的影响因素,发现管道环焊缝失效是附加载荷、缺陷、性能劣化以及应变集中综合作用的结果。引起环焊缝应变集中的最关键原因是不等壁厚(包括钢管几何尺寸问题导致的错边),以及焊缝或热影响区软化导致的低强匹配问题。从提高环焊缝承载能力、降低环焊缝应变集中角度,提出一种新型管材设计思路,该管材管端具有极高的几何尺寸精度,不圆度、周长差等接近于0,对接时环焊缝错边和对口间隙接近0,解决了当前因管端几何尺寸导致的错边、不等壁厚等问题;通过增加管端厚度,利用结构补强原理,可大幅提升环焊接头的应力承载能力,解决环焊缝低强匹配以及焊接热影响区软化导致的低强匹配难题,实现管道受力变形时环焊接头不发生或少发生塑形变形,显著提升管道环焊缝安全。(图7,表5,参22)     

立式钢制储油罐焊接变形分析及控制

在施工安装过程中，立式钢制储油罐常因焊缝密集，应力状况复杂，造成油罐形体尺寸难以控制，影响了油罐的安装质量。从罐壁和罐底的焊接过程和焊接工艺方面，分析了出现焊接变形的原因及其它因素对焊拉的影响。同时提出了在施焊过程中的焊接变形应采取的措施。     

焊接材料强度对高钢级管道环焊缝应变能力的影响

为了评价母材、根焊材料、填充焊材料的强度对X80管道环焊缝应变能力的影响,采用非线性有限元方法,以中俄东线直径1 422 mm、壁厚21.4 mm的高纲级管道为研究对象,考虑焊接接头完整几何形貌与性质有明显差异的4种材料分区,采用钥匙孔(Key Hole)模型准确模拟裂纹张开过程中裂纹尖端的钝化行为,研究了拉伸载荷作用下根焊内表面周向裂纹的起裂行为。计算结果表明:对于双V形坡口焊接接头,根焊材料强度对焊接接头整体应变能力影响很小,可以忽略不计;填充焊材料与母材强度的高强匹配对保证焊缝区应变能力最为重要,在难以提高填充焊材料强度的情况下,限定母材的强度指标是提高高钢级管道焊接接头应变能力的有效方法。(图7,表1,参25)     

细晶AZ61镁合金板材的CO2激光焊接性能

采用CO2激光器对2 mm厚的AZ61镁合金细晶板材分别进行了填充焊和自熔焊实验.研究了细晶镁合金板材的焊接性和填充带合金化稀土元素Ce对接头组织及力学性能的影响.结果表明，细晶板材的焊接接头热影响区不明显，组织较母材变化不大，半熔化区范围窄、液化程度低，未进行合金化的自熔焊焊缝组织较粗大，焊缝晶粒尺寸约15 μm，而填充焊焊缝组织为平均晶粒尺寸是5 μm的等轴晶，即合金化稀土元素Ce可细化焊缝组织，而且稀土元素Ce的加入能抑制柱状树枝晶区而扩大等轴晶区域范围.填带焊接头的平均抗拉强度和伸长率较自熔焊接头分别提高了6%和12%.     

含点蚀缺陷输油管道修复前后的抗震性能

针对输油管道工程中常见的架空管道因存在局部腐蚀,而在地震作用下极易破坏的问题,采用ADINA有限元软件,建立含腐蚀缺陷及腐蚀缺陷修复后的输油管道与内部液体的流固耦合模型,并以管道应力最大处单元的位移、轴向应力及环向应力为指标,研究修复前后管道的抗震性能。结果表明:由于腐蚀缺陷的存在,在管道缺陷处应力集中现象非常明显,导致管道的抗震性能降低;修复后腐蚀区段管道的环向应力有所降低,挠度及轴向应力有所增加,但仍在规范允许的范围内,因此所选的工程实际中常用的B型套筒修复技术对提高腐蚀区段管道的抗震性能有效。研究结论可为今后腐蚀管道的修复提供理论指导。