多参数对T型焊接接头残余应力的影响研究

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焊接工艺对T形接头构件焊接应力分布的影响

文章编号：1002～025X(2013)02—0017--04焊接工艺对T形接头构件焊接应力分布的影响姚杞1，一，罗震m，罗辉3(1．天津大学材料科学与工程学院，天津300072；2．天津市先进连接技术重点实验室，天津3130072；3．山东建筑大学，山东济南250107)摘要：T形接头在各种钢结构制造过程中得到普遍应用，其焊接残余应力的存在，直接影响到铜结构的强度和承栽能力。

由于现阶段控制和消除残余应力能力还不够成熟。

很多方法只能很小部分地控制和消除残余应力，因此残余应力大量的留在T形接头焊接结构件上。

为了保证焊接结构的安全可靠性．研究T形接头焊接应力分布规律的影响意义重大。

本文利用H Z一21三维应力分布磁测仪测试了T形结构构件的焊接应力．分析了T形焊接接头构件的焊接顺序、焊接热输入不同时引起的焊接应力的变化规律。

试验结果表明：Q235B钢以T形接头焊接时，焊接顺序不同．焊接应力的分布也不尽相同：焊接热输入较大时所产生的焊后24h应力分布较均匀，而焊接热输入较小时所产生的焊后24h应力分布变化较大。

对T形结构件焊接时选取合理的焊接顺序和适当的焊接热输入具有一定指导意义。

关键词：Q235B钢；T形接头；焊接应力；热输入中图分类号：T G404文献标志码：B0引言目前世界上最高、最大的结构采用的都是钢结构，而历届奥运会的场馆也多采用钢结构，如2008年北京奥运会的国家体育场“鸟巢”，2012年伦敦奥运会的场馆“伦敦碗”等…。

但是在钢结构的制造过程中产生的焊接应力和变形一直备受关注。

焊接应力不仅会改变钢结构的刚度。

影响加工精度，严重时还会导致构件的断裂失效等[2j。

而在钢结构的制造过程中，大部分的焊接接头都是以T形接头为主，因此研究焊接顺序和热输入对T形接头焊接应力分布规律的影响意义重大。

目前在T形接头焊接应力方面的研究主要是以数值模拟为主，如毕艳霞等人利用有限元软件A N—SY S对T形接头焊接件的焊接温度场与焊接应力场进行三维数值模拟仿真。

基于ANSYS模拟不同参数对Q235钢板焊接残余应力的影响

基于ANSYS模拟不同参数对Q235钢板焊接残余应力的影响焊接是一种常见的金属连接技术，但是在焊接过程中会产生残余应力，这种应力可能会导致构件变形、裂纹和失效，因此研究焊接残余应力对结构性能的影响是非常重要的。

在本文中，我们将使用ANSYS软件模拟Q235钢板焊接过程中的残余应力，并分析不同参数对残余应力的影响，以了解如何减少残余应力并提高结构的性能。

首先，我们将对Q235钢板进行建模，并设置焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度和焊接温度。

接下来，我们将利用ANSYS的焊接模块对焊接过程进行模拟，并得到焊接残余应力的分布。

然后，我们将分析不同参数对残余应力的影响，以找出最佳的焊接参数。

研究结果表明，在焊接电流较高或焊接速度较快时，残余应力会增加。

这是因为高电流和快速焊接会导致焊缝区域温度升高，从而增加热应力和冷却速度，进而影响焊接残余应力的大小。

相反，适当降低焊接电流和焊接速度可以减少残余应力，并提高焊接接头的质量。

另外，焊接温度对残余应力也有很大影响。

当焊接温度较高时，焊接残余应力也会增加。

因此，控制焊接温度是减少残余应力的关键之一除了焊接工艺参数外，焊接材料的选择也会对残余应力产生影响。

不合适的焊接材料可能会导致不匹配的热膨胀系数，从而增加焊接残余应力。

因此，在焊接过程中选择合适的焊接材料是非常重要的。

综上所述，通过模拟不同参数对Q235钢板焊接残余应力的影响，我们可以优化焊接工艺参数，选择合适的焊接材料，以减少残余应力并提高焊接接头的质量。

这对于提高结构的稳定性和可靠性具有重要意义，同时也为实际工程应用提供了参考依据。

浅析焊接残余应力的产生及影响

浅析焊接残余应力的产生及影响焊接是一个复杂的、包含电弧物理、传热、冶金以及力学的钢结构工艺过程，对工程质量的好坏以及工程结构的安全有着直接的影响。

在进行焊接的过程中以及焊接完成之后，由于一些高度集中的瞬时热输入，焊接会产生很大的残余应力和变形。

焊接过程中的残余应力对焊接的结构的使用性能会产生极大的影响，所以，我们要对焊接的残余应力进行相关研究。

标签：焊接残余应力；成因；对焊接结构的影响0 引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。

1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。

按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。

（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。

（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。

焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。

间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。

而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。

（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。

虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。

2 焊接残余应力会对焊接结构产生哪些影响焊接是一个局部的受热不均匀、冷却不均匀的过程，加之受焊缝和靠近焊缝的温度场的影响，焊件的内部会有大小不同、分布不均匀的残余应力—应变场。

焊接接头残余应力分析与优化设计方法

焊接接头残余应力分析与优化设计方法焊接接头残余应力是焊接过程中普遍存在的问题，它对焊接接头的性能和寿命产生了重要影响。

因此，分析和优化设计焊接接头的残余应力成为焊接工程师和研究人员的重要任务之一。

本文将探讨焊接接头残余应力的分析方法和优化设计方法。

一、焊接接头残余应力的形成机制焊接接头残余应力主要由以下几个方面的因素引起：热应力、冷却收缩应力和相变应力。

1. 热应力焊接过程中，焊接接头受到高温热源的加热，导致局部区域温度升高。

当焊接过程结束后，焊接接头开始冷却，温度逐渐降低。

由于焊接接头不同部位的温度变化速度不同，会导致接头内部产生热应力。

2. 冷却收缩应力焊接接头冷却过程中，焊缝和母材会发生收缩，而周围未焊接部分的母材则不发生收缩。

这种差异会导致焊接接头产生冷却收缩应力。

3. 相变应力焊接接头在冷却过程中，焊缝和母材可能会发生相变，例如奥氏体转变为马氏体。

这种相变会引起焊接接头产生相变应力。

二、焊接接头残余应力的分析方法为了准确分析焊接接头的残余应力，可以采用以下几种方法：1. 数值模拟方法数值模拟方法是目前最常用的分析焊接接头残余应力的方法之一。

通过建立焊接接头的几何模型和材料性质，利用有限元法等数值计算方法，可以模拟焊接过程中的温度场和应力场，从而得到焊接接头的残余应力分布。

2. 实验测试方法实验测试方法是通过实际焊接接头的制备和测试，来获取焊接接头的残余应力信息。

常用的实验方法包括应变测量、X射线衍射和中子衍射等。

3. 经验公式方法经验公式方法是通过总结和归纳大量实验数据，建立经验公式，用于估算焊接接头的残余应力。

这种方法的优点是简单快捷，但精度相对较低。

三、焊接接头残余应力的优化设计方法为了减小焊接接头的残余应力，可以采用以下几种优化设计方法：1. 优化焊接工艺参数通过调整焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度和预热温度等，可以改变焊接接头的温度和应力分布，从而减小残余应力。

2. 使用预应力技术预应力技术是在焊接接头上施加一定的预应力，以抵消残余应力。

关于焊接残余应力消除原理的探讨

关于焊接残余应力消除原理的探讨发布时间：2021-08-10T17:14:59.080Z 来源：《工程建设标准化》2021年第9期作者：宁杰[导读] 在对待相关复杂零件与设备装置的构件塑造中，焊接是一种最为常见，并且十分具有实用性的加工方法宁杰身份证号码：23108419871108****摘要：在对待相关复杂零件与设备装置的构件塑造中，焊接是一种最为常见，并且十分具有实用性的加工方法。

焊接构件构造具有生产时间短、使用周期长、操作简便与封闭牢固性等许多优点，但在焊接操作的过程中，经常会有焊接残余应力存在严重制约焊接产品的使用周期与稳固性，其产生的原因是因为在焊接构件过程中，由于焊接环境的温度差异形成一个不均衡的温度圈，导致焊接材质发生了内变，即改变了构件的塑形应变能力与热度应变能力，从而形成了焊接残余应力。

关于焊接残余应力的消除方法从产生之初便一直是相关行业所关注的重点话题，根据焊接残余应力的形成条件不难发现，解决焊接形成的压缩塑性变形就能克服残余应力的产生。

关键词：焊接残余应力；应力消除原理；应变性质引言：焊接残余应力是焊件在进行焊接过程中通过热力加工、相对变化应力与塑造应力等超过焊件本身的阈值极限产生的，在经历冷却加工后依然不能进行消除的应力结果。

焊接残余应力对大规模焊接工程十分重要，消除与否的结果直接关系到后续焊接零件工程的使用年限，因此凡所涉及焊接的相关工程都对焊接残余应力的消除方式方法十分关注。

本文通过对焊接残余应力的产生条件进行阐述分析，介绍消除焊接残余应力的基本方法措施，从而探讨出焊接残余应力消除原理，提出在残余应力的产生过程中能够随着温度的持续上涨而发生弹性变化，并在常规条件下采用伸缩性应变能够减轻残余应力带来的弹性应变。

此外，从焊接零件与工程还出现不间断裂纹的现象进一步证实了焊接残余应力消除原理的正确性，为后续相关研究提供了强有力的经验积累。

1焊接残余应力的消除方法针对焊接过程中形成的焊接缝隙，常常导致零件结构不够紧密，所以面对这种焊接残余应力的消除方式应该是，对焊接构件进行外物力量的施加，使得焊接构件进行内外结构的拉伸，将形成的焊接缝隙进行融合处理，常见的消除方法包括：1.1对焊接残余应力使用热处理消除法一般来说，处于高温环境的焊接材料会由于温度的提高而内部材料变得逐渐软化，形成脆变现象与高温度阈值下降的状况出现，在面对以上这种情况，焊接材料的残余应力有一定程度的下降，并且在此时，如果通过热能软化材料对零件的接头部分进行重新加工焊接，能逐渐完善焊接结构的稳定性，提高构件的使用周期。

焊接工艺对焊接残余应力的影响

焊接工艺对焊接残余应力的影响焊接是一种常用的金属连接方法，它的基本原理是在金属表面加热到熔点，并施加适当的压力，使金属发生熔化和冷却凝固的过程。

然而，在焊接过程中，由于金属的热膨胀和冷却收缩，会产生焊接残余应力。

这些应力不仅会影响焊接件的性能和寿命，还可能导致焊接接头的变形和裂纹。

因此，研究焊接工艺对焊接残余应力的影响是非常重要的。

一、焊接残余应力的形成机理焊接残余应力是指当焊接接头冷却后，由于冷却速度的不均匀和金属固态相变引起的体积收缩，使得焊接接头内部存在一定的残余应力。

焊接残余应力的形成机理主要包括以下几个方面：1. 热效应：焊接过程中的高温会引起焊接接头的局部加热和膨胀，而冷却过程中的快速降温又会引起金属的快速收缩，从而产生应力。

2. 宏观应变：焊接时，由于焊接接头的收缩受到约束，导致成分和结构发生变化，从而产生应力。

3. 相变热效应：焊接过程中，当焊缝区域的温度达到相变温度时，会产生相变热效应，导致局部区域的热膨胀或热收缩，进而产生应力。

二、焊接工艺参数的选择和控制对焊接残余应力的影响非常大。

以下是几个常见的焊接工艺对焊接残余应力的影响：1. 焊接电流和电压：焊接电流和电压对熔池的形成以及焊接接头的加热和冷却速度有直接影响。

较高的电流和电压会使熔池较大，并且使金属加热和冷却的速度快，从而产生较高的残余应力。

2. 焊接速度：焊接速度是指焊接过程中的焊接头的移动速度。

较高的焊接速度会导致焊缝短时间内的加热和冷却，从而产生较高的残余应力。

3. 焊接预热温度和保温时间：预热温度和保温时间可以改变焊接接头的温度分布和冷却速率。

适当的预热温度和保温时间可以减缓金属的冷却速度，缓解残余应力的产生。

4. 焊接序列和方向：焊接的序列和方向可以影响焊接残余应力的分布。

合理选择焊接的序列和方向可以使应力得到均匀分布，减少局部区域的应力集中。

5. 退火处理：退火是通过加热和保温来消除焊接件内部的残余应力。

合理的退火处理可以有效减小焊接残余应力。

Q460高强钢材及T形对接接头力学性能研究

第50卷第12期2019年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.50No.12Dec.2019Q460高强钢材及T 形对接接头力学性能研究邢佶慧，陈前，王涛，杨娜(北京交通大学土木建筑工程学院，北京，100044)摘要：为明确高强钢材焊接接头的脆变程度，针对Q460高强钢材及T 形对接焊接接头进行试验和数值分析研究。

分别从国产Q460钢板母材、热影响区和焊缝处取材，加工19个材性试件，进行单向拉伸试验；加工5个板厚及夹角不同的单面成形全熔透对接焊接T 形接头，完成单向拉伸试验；对材性及接头试验结果进行精细化数值模拟，获取Q460钢材基本材性参数、断裂参数和应力-应变关系，分析T 形接头试件的破坏模式、抗拉强度及断裂延性指标。

研究结果表明：Q460高强钢母材强度符合我国钢结构设计标准要求，焊缝熔敷金属和热影响区塑性变形能力较母材略差。

Q460钢T 形焊接接头强度符合我国钢结构设计标准要求且有一定安全储备，破坏发生在母材中部，塑性变形能力取决于母材应力状态，基于VGM 微观断裂预测理论，能有效预测T 形接头断裂性能。

关键词：Q460高强钢；T 形；全熔透对接接头；单向拉伸；强度；延性；断裂预测中图分类号：TU392.4文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID )文章编号：1672-7207（2019）12-3097-09Performance of Q460high strength steel and T-shape fullypenetration butt weld jointsXING Jihui,CHEN Qian,WANG Tao,YANG Na(School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:In order to study the fragility tendency of the high strength steel welded joints,the behaviors of Q460high strength steel and T shape butt weld connections were systemically tested and numerically simulated.19coupons from Chinese Q460steel plate base metal,heat-affected zone and welding zone were tested under monotonic tensile loads.Five T-shape fully penetration butt weld joints fabricated from Q460steel with different angles and plate thicknesses were tested under static tensile loads.Basic material parameters and fracture prediction model parameters were identified.The uniaxial stress-strain relationships of these steel materials were built.Additionally,failure mode,strength as well as fracture ductility of T-shape butt weld joints were obtained.The research results show that Q460high-strength steel base metal strength can meet the strength requirement according to the specification for design of steel structures in China,and the plastic deformability of weld zone and heat-affected zone is slightly worse than that of base metal.The all weld joints can meet the strength收稿日期：2019−02−11；修回日期：2019−04−20基金项目(Foundation item)：中央高校基本科研业务费项目(2016JBM041)；国家自然科学基金面上资助项目(51578045)(Project(2016JBM041)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities;Project(51578045)supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：邢佶慧，教授，从事钢结构与空间结构研究；E-mail ：***************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.12.019第50卷中南大学学报(自然科学版)requirement according to the specification for design of steel structures in China with enough safety reserve. Fracture initiates at the base metal.Therefore,the plastic deformation capacity of weld joints is determined by stress status in steel plates.The calibrated model parameters along with detailed FE analyses show that the VGM model can predict the failure behavior of T-shape butt weld joints effectively.Key words:Q460high strength steel;T-shape;fully penetration butt weld connection;monotonic tension; strength;ductility;fracture高强钢的推广及应用是建筑科技发展的必然趋势。

焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力的影响

．
现代设计与先进制造技术・戴晴华季鹏殷晨波等
缝的先后顺序：
壁堇塑垫圭鱼！：：：：：：
用的Ｑ３５合金高强度钢，虑了材料的热物理４低考
性能和力学性能随温度而化。性能参数见表１。
表１材料性能参数
（．京工业大学车辆与工程机械研究所，２南江苏南京
摘要：液压挖掘机主平台底板和立板Ｔ型焊接头的焊接温度场和应力场进行了数值模拟，对并对
主平台的模型进行了网格划分和工艺参数的确定，结合实际工艺提出了不同的焊接顺序方案，通
１有限元模型的建立
１１网格的划分．为了提高计算效率并保证计算精度，温度梯在度变化大的焊缝及其热影响区网格划分比较密，在远离焊缝和温度变化不明显的区域，采用较稀疏的
图１主平台几何尺寸示意图
本文应用有限元软件ＡＮｈ采用三维实体Ｓ单元建模，运用单元生死技术对某型液压挖掘机主平台底板和立干蠢Ｔ型焊接头的温度场和残余应力场进行模拟，研究不同焊接顺序对结构件应力场的影响，以获得焊接接头的三维温度场和应力分布规律，实际加工工艺提供参考。为
过计算，分析了不同方案对焊接结构件残余应力的影响，而为实际生产提供了可靠的数值预测从

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎＴ－ｊｏｉｎｔｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ，ｉｔｕｓｅｄＡＮＳＹＳｉｆｎｉｔｅ
ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｗｅｌｄｌｅｎｇｔｈ。ｗｈｅｎｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｗｅｂａｎｄｂｏｔｔｏｍｓｌａｂｉｎｃｒｅａｓｅｓ．ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｗｅｌｄｍｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｓ．
ＹＡＮＧＬｅｉ，ＪＩＡＮＧＫｅｂｉｎ，ＳＨＡＯＦｅｉ，ＭＡＣｈａｏ
（ＴｈｅＦｉｅｌｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，咒ＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）
多参数对Ｔ型焊接接头残余应力的影响研究水
杨磊，江克斌，邵飞，马超
（解放军理工大学野战工程学院，南京２１０型焊接接头残余应力的影响，运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对手工电弧焊
Ｔ型焊接接头进行焊接数值模拟，分析不同参数变化对于接头残余应力的影响规律。研究结果表明：焊
接结构的残余拉应力随焊缝长度的增加而增加，随腹板厚度、底板厚度的增加而减小；焊接速度对于焊
接结构残余应力也有较大影响．在靠近焊缝中心位置，焊接速度越快产生的残余拉应力峰值越小。
ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＴ－ｊｏｉｎｔｏｆａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ．ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｒｕｌｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｐｅａｋｄｅｃｒｅａｓｅｓｏｎｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｃｅｎｔｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅｌｄｉｎｇ；Ｔ－ｊｏｉｎｔ；ＡＮＳＹＳ；ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ
用口１。接头焊接残余应力分布规律对于焊接结构
的承载能力有较大影响，而在焊接结构中．Ｔ型
ｐａｒａｍｅｔｅｒｃｈａｎｇｅｏｎｗｅｌｄｅｄｉｏｉｎｔｓｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｗｅｌｄｍｅｎｔｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈ
关键词：焊接；Ｔ型接头；ＡＮＳＹＳ；残余应力
中图分类号：ＴＧ４０７
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１ — ３９３８（２０１５）１０ — ００１４ — ０５
ＩｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎＴ－ｊｏｉｎｔＷｅｌｄｉｎｇＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓ
近年来，数值模拟技术应用广泛，在各种焊接过程中的能量传递、组织相变、应力应变、焊接缺陷以及焊接接头力学性能等的分析中均有应
１高斯热源模型
通过相关文献可知，对于手工电弧焊，采用高斯热源可得到较好的结果ｌ７＿，因此本研究采用
Ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙａｌｓｏｈａｓａｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｗｅｌｄｍｅｎｔ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ