【摘要】：采用有限元模擬的方法,對(duì)厚壁316LN不銹鋼管焊接接頭中的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行研究,分析了焊道合并對(duì)模擬結(jié)果的影響,并采用X射線應(yīng)力測(cè)試對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明:在考慮鋼管初始應(yīng)力的條件下,模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合;軸向殘余拉應(yīng)力主要出現(xiàn)與蓋面焊道毗鄰的鋼管外壁以及最后一道蓋面焊道下方,其中鋼管焊接在工裝上、受工裝拘束較大的管道一側(cè),拉應(yīng)力數(shù)值和范圍都較大;焊道合并簡(jiǎn)化對(duì)殘余壓應(yīng)力的分布和數(shù)值影響較大,對(duì)主要分布在蓋面焊道附近的殘余拉應(yīng)力的影響較小;選擇合適的簡(jiǎn)化模型可以在保證較高計(jì)算準(zhǔn)確度的同時(shí)縮短計(jì)算耗時(shí),可用于大型焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力場(chǎng)的模擬。
【圖文】：

擬方法對(duì)該鋼管焊接接頭中的殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析，并采用Ｘ射線應(yīng)力測(cè)試方法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。１試樣制備與試驗(yàn)方法對(duì)兩根外徑為９５２．５ｍｍ、壁厚為８０ｍｍ、長(zhǎng)度為５００ｍｍ的３１６ＬＮ不銹鋼管進(jìn)行５Ｇ位置對(duì)接，以鋼管最高點(diǎn)為０°，最低點(diǎn)為１８０°。采用脈沖ＴＩＧ（惰性氣體鎢極保護(hù)焊）焊，焊絲為ＥＲ３１６Ｌ，共７０道焊縫，其中蓋面焊道為４道。將其中一根鋼管一端的部分區(qū)域焊接在工裝上，并將該鋼管命名為管Ａ，另一根命名為管Ｂ。圖１Ｘ射線應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)位置示意Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｆｏｒＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔｓ采用加拿大Ｐｒｏｔｏ公司生產(chǎn)的ｉＸＲＤ－ＭＧ４０Ｐ型應(yīng)力測(cè)試儀進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的測(cè)試，選用鉻靶，衍射晶面選�。ǎ常保保┚�。殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)選取在管Ｂ外壁的６０°處，由焊趾處沿管軸線遠(yuǎn)離坡口向外依次�。保祩�(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)到焊趾的距離分別為０ｍｍ（焊趾處），１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，…，１０ｍｍ，１５ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，５０ｍｍ，如圖１所示。此外，在鋼管遠(yuǎn)離坡口的一端隨機(jī)取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將這三個(gè)點(diǎn)處的應(yīng)力平均值作為鋼管外表面的初始應(yīng)力。２有限元分析２．１有限元模型的建立采用二維軸對(duì)稱熱彈－塑性有限元模型進(jìn)行熱－應(yīng)力順序耦合計(jì)算，以ＡＢＡＱＵＳ軟件為計(jì)算平臺(tái)，考慮每道次焊縫的截面形貌，熱分析單元選用ＤＣＡＸ４，應(yīng)力分析單元選用ＣＡＸ４Ｒ，單元總數(shù)為２０８１５，節(jié)點(diǎn)數(shù)為２１０１７。接頭橫截面中部部分有限元網(wǎng)格劃分情況如圖２

０ｍｍ，１５ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，５０ｍｍ，如圖１所示。此外，在鋼管遠(yuǎn)離坡口的一端隨機(jī)取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將這三個(gè)點(diǎn)處的應(yīng)力平均值作為鋼管外表面的初始應(yīng)力。２有限元分析２．１有限元模型的建立采用二維軸對(duì)稱熱彈－塑性有限元模型進(jìn)行熱－應(yīng)力順序耦合計(jì)算，以ＡＢＡＱＵＳ軟件為計(jì)算平臺(tái)，考慮每道次焊縫的截面形貌，熱分析單元選用ＤＣＡＸ４，應(yīng)力分析單元選用ＣＡＸ４Ｒ，單元總數(shù)為２０８１５，節(jié)點(diǎn)數(shù)為２１０１７。接頭橫截面中部部分有限元網(wǎng)格劃分情況如圖２所示。圖２部分焊接接頭有限元模型網(wǎng)格劃分示意Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｍｅｓｈｉｎｇｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｐａｒｔｉａｌｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔ為了研究焊道合并方法對(duì)最終應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響，在二維軸對(duì)稱模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)將五條、十條、十五條焊道合并一組的方法分別形成１８道模型、１２道模型以及１０道模型，將原始模型命名為７０道模型。由于打底焊道具有熔透鈍邊的作用，蓋面焊道的鋪展方式較特殊，因此打底焊道和蓋面焊道不進(jìn)行合并，只將填充焊道進(jìn)行合并。如在１８道模型中，第１道至第１８道焊縫分別是７０道模型的第１，２～６，７～１１，，１２～１６，１７～２１，２２～２６，２７～３１，３２～３６，３７～４１，４２～４６，４７～５１，５２～５６，５７～６１，６２～６６，６７，６８，６９，７０道焊縫。２．２溫度場(chǎng)計(jì)算模型圖３打底焊道的熱循環(huán)曲線Ｆｉｇ．３Ａｐｐｌｉｅｄｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｏｆｂａｃｋｉｎｇｗｅｌｄ在實(shí)體模型單道焊接過(guò)

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