焊接殘余應力的案例
熱處理消除Q235鋼焊接殘余應力的研究 附Q235鋼真實應力應變曲線研究下載
焊接殘余應力是焊接技術帶來的一個幾乎無法避免的缺陷，其危害眾所周知。焊后熱處理是一種消除焊接殘余應力常用的方法。
工程上主要采用退火處理，退火溫度越高、保溫時間越長，消除焊接殘余應力的效果就越好。但是溫度過高，使工件表面氧化比較嚴重，組織可能發生轉變，影響工件的使用性能，存在弊端。
蠕變應力松弛理論為熱處理消除焊接殘余應力提供了另一條思路，工件在較低溫度時會發生蠕變，材料內部的殘余應力會因應力松弛而得到釋放，只要保溫時間足夠長，理論上殘余應力可完全消除。在低溫消除焊接殘余應力時，材料的組織和性能變化甚微，幾乎不影響材料的使用性能，而且低溫處理材料表面的氧化和脫碳也比較小。這就可以在材料的力學性能和組織基本不變的情況下達到降低材料焊接殘余應力的目的，大大提高材料的使用壽命和性能，在工程上具有重要的意義。接下來在不同加熱溫度和保溫時間對試件進行退火處理，通過測定試件焊接殘余應力的降低程度，研究在熱處理消除焊接殘余應力過程中加熱溫度和保溫時間的等效性問題。
結果發現：熱處理對Q235鋼焊接殘余應力降低效果明顯，且在熱處理降低焊接殘余應力過程中，溫度和時間存在著一個等效性，即加熱溫度低可以長時間保溫，加熱溫度高可以縮短保溫時間，它們在降低焊接殘余應力的效果上是很接近的。
下載地址：Q235鋼真實應力應變曲線研究
展開 焊接應力的消除方法
焊接殘余應力分析
消除焊接應力的方法
一、什么是焊接應力
焊接應力，是焊接構件由于焊接而產生的應力。
焊接過程中焊件中產生的內應力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。
焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力和變形的根本原因。當焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應力和變形稱為瞬態焊接應力和變形；焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應力和變形。在沒有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的。焊接應力和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀。
二、焊接應力的危害
焊接殘余應力對焊件有 6個方面的影響：
① 對強度的影響：如果在高殘余拉應力區中存在嚴重的缺陷，而焊件又在低于脆性轉變溫度下工作，則焊接殘余應力將使靜載強度降低。在循環應力作用下，如果在應力集中處存在著殘余拉應力，則焊接殘余拉應力將使焊件的疲勞強度降低。
展開 焊接應力的消除方法
一、什么是焊接應力
焊接應力，是焊接構件由于焊接而產生的應力。焊接過程中焊件中產生的內應力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力和變形的根本原因。當焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應力和變形稱為瞬態焊接應力和變形；焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應力和變形。在沒有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的。焊接應力和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀。
二、焊接應力的危害
焊接殘余應力對焊件有 6個方面的影響：
① 對強度的影響：如果在高殘余拉應力區中存在嚴重的缺陷，而焊件又在低于脆性轉變溫度下工作，則焊接殘余應力將使靜載強度降低。在循環應力作用下，如果在應力集中處存在著殘余拉應力，則焊接殘余拉應力將使焊件的疲勞強度降低。焊件的疲勞強度除與殘余應力的大小有關外，還與焊件的應力集中系數應力循環特征系數[6][min]/[6][max]和循環應力的最大值[6][max]有關其影響隨應力集中系數的降低而減弱，隨[6][min]/[6][max]的降低而加劇，隨[6][max]的增加而減弱。當[6][max]接近于屈服強度時，殘余應力的影響逐漸消失。
② 對剛度的影響：焊接殘余應力與外載引起的應力相疊加，可能使焊件局部提前屈服產生塑性變形。焊件的剛度會因此而降低。
③ 對受壓焊件穩定性的影響：焊接桿件受壓時，焊接殘余應力與外載所引起的應力相疊加，可能使桿件局部屈服或使桿件局部失穩，桿件的整體穩定性將因此而降低。殘余應力對穩定性的影響取決于桿件的幾何形狀和內應力分布。殘余應力對非封閉截面（如工字形截面）桿件的影響比封閉截面（如箱形截面）的影響大。
展開 設計仿真 | Marc軟件攻克焊接殘余應力預測難題
在當今制造業的浪潮中，焊接技術作為連接金屬結構的核心工藝，其重要性不言而喻。然而，焊接過程中產生的殘余應力和微觀結構變化，常常對焊接接頭的性能和壽命產生深遠影響。為了優化焊接工藝、提高焊接質量，準確預測焊接殘余應力和微觀結構分布變得至關重要。在這一領域，Marc軟件憑借其強大的功能和卓越的性能，成為焊接仿真領域的先鋒。
焊接仿真：從復雜到精準的轉變
焊接過程涉及復雜的熱-力學行為，包括高溫下的相變、材料軟化以及快速冷卻過程中的應力累積。傳統的實驗方法雖然可以直接測量殘余應力和微觀結構，但存在成本高、效率低、難以全面覆蓋焊接接頭等問題。數值模擬技術通過建立數學模型和計算方法，能夠在計算機上模擬焊接過程，預測殘余應力和微觀結構分布，為焊接工藝的優化提供理論支持。
重慶大學鄧教授研究團隊基于Marc軟件，成功開發了一種先進的計算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場、微觀結構和殘余應力分布。這一研究不僅展示了Marc軟件在焊接仿真領域的強大功能，還為實際工程應用提供了寶貴的參考。
Marc軟件：焊接仿真領域的強大工具
1、精確的熱源模型
焊接過程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學的研究團隊通過調整熱源參數，如熱流密度、熱源形狀和移動速度，成功復現了焊接過程中的溫度場分布。
2、考慮固態相變（SSPT）和軟化效應（SE）
在焊接過程中，材料的微觀結構會發生復雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉變。這些相變不僅影響材料的力學性能，還會對殘余應力的形成產生重要影響。Marc軟件通過引入相變動力學模型（如JMAK模型和K-M模型），能夠準確模擬相變過程及其對殘余應力的影響。
展開 
基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應力分析及選材優化
基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應力分析及選材優化
張 彥，許 典，趙希芳
( 南京電子技術研究所，江蘇 南京 210039)
摘 要：分析了某多層堆疊模塊的焊接殘余應力，討論了各功能層不同選材、焊接順序對模塊殘余應力的影響，并給出了優化方案。利用ANSYS軟件進行有限元分析計算，采用ANAND本構模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實現焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計算結果表明，焊接順序對模塊殘余應力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應力安全裕度。剛度較大的底板層可以同時降低模塊變形和高溫共燒陶瓷( High Temperature Co-fired Ceram-ic，HTCC) 層應力。熱膨脹系數較小的蓋板層可以降低HTCC層應力，但會增大模塊整體變形。底板選用Al /SiCp( 65%) ，蓋板采用可伐合金，可以得到變形及應力安全裕度均滿足要求的方案。
展開 設計仿真 | Marc軟件攻克焊接殘余應力預測難題
在當今制造業的浪潮中，焊接技術作為連接金屬結構的核心工藝，其重要性不言而喻。然而，焊接過程中產生的殘余應力和微觀結構變化，常常對焊接接頭的性能和壽命產生深遠影響。為了優化焊接工藝、提高焊接質量，準確預測焊接殘余應力和微觀結構分布變得至關重要。在這一領域，Marc軟件憑借其強大的功能和卓越的性能，成為焊接仿真領域的先鋒。
焊接仿真：從復雜到精準的轉變
焊接過程涉及復雜的熱-力學行為，包括高溫下的相變、材料軟化以及快速冷卻過程中的應力累積。傳統的實驗方法雖然可以直接測量殘余應力和微觀結構，但存在成本高、效率低、難以全面覆蓋焊接接頭等問題。數值模擬技術通過建立數學模型和計算方法，能夠在計算機上模擬焊接過程，預測殘余應力和微觀結構分布，為焊接工藝的優化提供理論支持。
重慶大學鄧教授研究團隊基于Marc軟件，成功開發了一種先進的計算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場、微觀結構和殘余應力分布。這一研究不僅展示了Marc軟件在焊接仿真領域的強大功能，還為實際工程應用提供了寶貴的參考。
Marc軟件：焊接仿真領域的強大工具
1、精確的熱源模型
焊接過程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學的研究團隊通過調整熱源參數，如熱流密度、熱源形狀和移動速度，成功復現了焊接過程中的溫度場分布。
2、考慮固態相變（SSPT）和軟化效應（SE）
在焊接過程中，材料的微觀結構會發生復雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉變。這些相變不僅影響材料的力學性能，還會對殘余應力的形成產生重要影響。Marc軟件通過引入相變動力學模型（如JMAK模型和K-M模型），能夠準確模擬相變過程及其對殘余應力的影響。
展開 abaqus焊接殘余應力二維模擬
大神，abaqus如何模擬二維焊接殘余應力？
SYSWELD論文：固態相變對P92鋼焊接接頭殘余應力的影響
基于SYSWELD軟件，開發P92馬氏體鋼材料參數文件進行溫度-組織-應力模擬，并采用盲孔法測量焊接殘余應力。
金屬學報論文，第二作者
鏈接地址：http://www.ams.org.cn/CN/Y2016/V52/I4/394
三維平板堆焊焊接及殘余應力分析
利用ANSYS經典進行三維平板堆焊焊接及殘余應力分析。
關鍵詞：焊接分析 高斯熱源 熱分析 移動熱源 殘余應力分析 ANSYS經典 焊接熔池
如果反響不錯，下次再出個WORKBENCH的版本和視頻
計算分析講解演示視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10105
仿真幫助避免焊接裂紋 附Simufact.welding 6.0 更新說明中文版下載
在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
下載地址：Simufact.welding 6.0 更新說明中文版
展開 通過仿真避免焊接裂紋
采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
關于長安汽車
長安汽車屬于中國四大汽車OEM集團，同時也是銷售中國品牌汽車最多的制造商。同時擁有150多年行業歷史和超過30年在設計和制造乘用車領域的經驗，是在不斷增長的中國汽車市場的領導者。
長安汽車的總部設在重慶，公司擁有9萬名員工，擁有12個生產基地,并在全球擁有32個整車和發動機工廠。長安汽車的企業資產為1281億元，每年生產和銷售290萬輛新車。
來源：MSC軟件
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案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
關于長安汽車
長安汽車屬于中國四大汽車OEM集團，同時也是銷售中國品牌汽車最多的制造商。同時擁有150多年行業歷史和超過30年在設計和制造乘用車領域的經驗，是在不斷增長的中國汽車市場的領導者。
長安汽車的總部設在重慶，公司擁有9萬名員工，擁有12個生產基地,并在全球擁有32個整車和發動機工廠。長安汽車的企業資產為1281億元，每年生產和銷售290萬輛新車。
展開 案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。采用Simufact Welding，工程師們能夠復現擺臂的焊接過程，并獲得焊接殘余應力。通過結合疲勞分析和基于Simufact Welding得到的結果——焊接殘余應力，開裂問題可以成功重現。為減少焊接殘余應力和關鍵接頭的焊接變形，工程師將焊接順序進行了調整，并將改進后的焊接工藝在Simufact Welding中進行了分析。最終解決了開裂的問題，并將焊接變形減少至可接受的公差范圍。
上述工作流程被應用到擺臂和扭力梁兩種結構上，可以明顯的和可持續的幫助用戶減少焊接殘余應力、變形，最終成功的預防結構開裂問題。
結果
長安汽車通過使用Simufact Welding能夠對焊接殘余應力和變形進行精準的預測，并基于得到的焊接殘余應力等結果進行后續的焊縫疲勞性能分析，從而幫助企業降低開發階段的測試工作約20%的時間和10% 的成本投入。
關于長安汽車
長安汽車屬于中國四大汽車OEM集團，同時也是銷售中國品牌汽車最多的制造商。同時擁有150多年行業歷史和超過30年在設計和制造乘用車領域的經驗，是在不斷增長的中國汽車市場的領導者。
長安汽車的總部設在重慶，公司擁有9萬名員工，擁有12個生產基地,并在全球擁有32個整車和發動機工廠。長安汽車的企業資產為1281億元，每年生產和銷售290萬輛新車。
展開 焊后熱處理有關問題的討論
在各種代替整體熱處理的方案中比較典型的有：局部熱處理，錘擊法消除焊接殘余應力，爆炸法消除焊接殘余應力及振動法，熱水浴法等。
局部熱處理：在GB150.4《壓力容器》8.2.6.5中規定：“B、C、D、E類焊接接頭，球形封頭與圓筒連接接頭以及缺陷焊補部位，允許采用局部熱處理方法。”這條規定意味著筒體上的A類焊縫不允許采用局部熱處理方法，即：整臺設備不允許采用局部熱處理方法，原因之一是焊接殘余應力不能夠對稱消除。
錘擊法消除焊接殘余應力：即通過人工錘擊，在焊接接頭的表面迭加一層壓應力，從而部分抵消殘余拉應力的不利作用。這種方法從原理上講對防止應力腐蝕開裂是會有一定抑制作用的。但是由于在實踐操作過程中沒有量化指標和較嚴格的操作規程，加上對比使用的驗證工作不夠，而未被現行標準所采用。
爆炸法消除焊接殘余應力：是將炸藥特制成膠帶狀，在設備的內壁粘在焊接接頭表面上，其機理與錘擊法消除焊接殘余應力相同。據說此法可以彌補錘擊法消除焊接殘余應力的一些不足之處，但是，有單位在兩個條件相同的液化石油汽儲罐上分別采用整體熱處理和爆炸法消除焊接殘余應力進行對比試驗，一年后開罐檢查發現前者焊接接頭完好如初，而經爆炸法消除焊接殘余應力儲罐的焊接接頭則出現許多裂紋。這樣，曾風行一時的爆炸法消除焊接殘余應力方法也就無聲無息了。
還有一些其他的消除焊接殘余應力的方法，由于種種原因都沒有被壓力容器行業所接受。
總之，壓力容器焊后整體熱處理（含爐內分段熱處理）雖然具有能耗大，周期長的不足，且在實際操作中因壓力容器結構等因素面臨種種困難，但它仍是目前壓力容器行業中唯一被各方面都能接受的消除焊接殘余應力的方法。
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
03
耦合結構仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關鍵字引入焊接殘余應力完成最終結構分析，從而考慮焊接殘余應力的影響。
平板接頭結構焊接工藝仿真結果如下圖所示，顯示了焊接完成后的殘余應力分布情況。
圖6. 平板接頭焊接工藝仿真殘余應力結果
基于焊接工藝仿真結果（Arc文件），Digimat-MAP模塊可讀取殘余應力結果，將上述工藝結果映射至MSC Nastran的結構網格上。
圖7. 映射至MSC Nastran結構模型中的殘余應力場
圖8. Digimat-MAP完成焊接仿真殘余應力映射，導出MSC Nastran的istress文件
將上述映射的MSC Nastran初始應力文件添加到平板接頭結構仿真分析模型中，設置如下：
?考慮殘余應力模擬的有限元非線性分析計算，求解序列設置：SOL 400
?材料類型：從Simufact Welding軟件導出非線性曲線，彈塑性模型
?工況設置：殘余應力分析，計算平板接頭結構在焊接殘余應力情況下的應力恢復情況。
以焊縫附近施加100000N的單點力為工作載荷，約束平板3頂角處節點。
圖9：MSC Nastran結構分析中的外載荷設置
對比僅施加單點載荷、引入焊接殘余應力載荷等工況下的計算結果如下圖：
圖10. 僅施加工作載荷 vs 同時引入焊接殘余應力
通過上圖結果可以觀察到，若僅施加工作載荷（上圖：常規MSC Nastran有限元計算），其計算結果與同時考慮到焊接工藝的殘余應力的情況（下圖：Simufact Welding-DigimatMap-MSC Nastran焊接工藝結構一體化仿真）有較大差異。
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