大型管板结构焊接残余应力的预测与消除

发布时间：2025-05-01 15:24

　　 基于有限元软件MSC.Marc开发了2D轴对称热-弹-塑性有限元模型,用于预测其大型管板结构多层多道焊的焊接温度场和残余应力。之后以此焊接残余应力为初始条件,利用所开发的模型,研究了焊后热处理对焊接残余应力的消除情况;同时研究了在热处理过程的保温阶段是否考虑蠕变对焊后热处理后残余应力消除情况的影响。结果表明,该大型管板结构的焊缝及热影响区附近存在较大的焊接残余应力;通过焊后热处理工艺,可以显著地降低焊接产生的高拉伸应力,但对于焊接压缩应力的影响较小;以环向应力为例,在考虑蠕变的情况下,可以使高拉伸应力的峰值降低86%,而在不考虑蠕变的情况下,只能降低60%;焊接残余应力的释放主要发生在升温阶段,而在降温阶段应力有所升高;在考虑蠕变时,保温阶段焊接残余应力得到一定的释放,在不考虑蠕变时,保温阶段应力保持不变。

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【部分图文】：

图1 升船机实物图及管板焊接结构三维模型图

本研究的试验对象取自水利大坝中常用的大型升船机（图1(a））机构中的卷筒与轮辐管板结构的焊接，该结构主要由卷筒、轮辐、轮毂和加强肋板组成，各部分的相对位置如图1(b）所示，其中卷筒和轮辐之间的焊接是本研究关注的重点。卷筒、轮辐和轮毂的材料均为Q345低合金高强钢，填充金属为直径2....

图2 大型管板焊接结构尺寸图（mm)

计算过程采用顺序耦合的方式来模拟焊接过程中的热-力学行为，即首先根据焊接条件利用瞬间热源模型[10]计算各节点的焊接温度场，然后将温度场的计算结果作为热载荷加载到应力计算模型中进行应力的计算。为了保证数值模拟的精度，计算过程中，考虑了材料热物理性能和力学性能随温度变化的特点。同时....

图3 有限元模型网格划分和焊道焊接顺序图

图2大型管板焊接结构尺寸图（mm)2.1温度场的计算

图4 Q345和ER50-2的热物理性能参数

应力场计算时，由于整个焊接过程试件均处于无外界约束的自由状态，因此添加的力学边界条件仅用于防止试件发生刚性移动和转动。同时假定材料弹性应力-应变关系符合各向同性Hooke定律，塑性行为符合VonMises准则；由于Q345钢的加工硬化效果不明显，所以文中忽略了加工硬化的影响。对....

本文编号：4042504