高频焊管焊接接头的断裂行为和残余应力的研究

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1、中文摘要高频焊接是利用高频电流特有的集肤效应和邻近效应，使焊接电流聚集于接触处表层，表层接合面上的温度上升很快，使待焊面加热至熔化或接近熔化的塑性状态，随后迅速被挤压成接头的一种压焊方法。同其它焊接方法一样，高频焊接同样会产生残余应力。由于与一般电弧焊相比，高频焊的焊缝很窄，其残余应力也应有其自身的特点，但是目前还没有关于高频焊管的残余应力的详细研究报告。本文在系统测定了高频焊管焊缝及热影响区组织的力学性能基础上，用试验的方法测定了其焊缝附近的残余应力，并用ANSYS软件进行了模拟，以及BS7910和SINTAP标准计算

2、，得出了其焊接残余应力的大小和基本分布情况。本研究首先测试了高频焊管焊缝及热影响区组织的力学性能，包括硬度试验、拉伸试验、低温冲击试验、CTOD(裂纹尖端张开位移)等试验。在对其力学性能大致了解的情况下利用钻孔法测量了高频焊管接头焊缝的残余应力，并且采用ANSYS有限元分析程序，分析管道焊缝在焊接过后的焊接残余应力。实测的轴向和周向残余应力与用三维有限元模型计算得到的数值结果比较，其沿垂直于焊缝方向的分布规律基本一致。同时发现高频焊管的残余应力分布与普通电弧焊的分布规律基本一致，但是其残余应力值比普通电弧焊偏小，这对于指

3、导实际焊接工程问题具有重要意义。在随后用BS7910和SINTAP标准对残余应力进行计算时发现，由于高频焊的残余应力较小，标准给出的经验公式并不适用。说明标准中的经验公式在计算某些特种焊接方法的残余应力时的误差较大，适用度较低。关键词：高频焊管残余应力有限元BS7910SINTAPABSTRACTHighfrequencyelectricresistanceweldmakeselectricitycongregatedonthesurfaceofinterfacesbytheskilleffectandtheproxim

4、ityeffectofhighfrequencyelectricity．Thetemperatureofinterfacesrisesveryquickly,andwheninterfacesaremeltedorbecometheconditionofplasticity,theyarepressedtobeaweldedjoint。Asothermethodsofweld，highfrequencyelectricresistanceweldalsoproducesresidualstress．Comparedwit

5、hthenormalarc—welding，theweldingseamofhighfrequencyelectricresistanceweldareverynarrow,St)therearenewcharacteristicsoftheresidualstressofthehighfrequencyelectricresistanceweldedpipe．Butthereisnotenoughreportsoftheresidualstressofthehighfrequencyelectricresistance

6、welduptonow．First，thisresearchmeasuresthemechanicalcapabilitiesoftheweldingseamandtheHAZ．Thenmeasurestheresidualstressofhighfrequencyelectricresistantweldedpipeusingthecentral—holemethodandanalysestheresidualstresswithANSYSnonlinearfmiteelementprogram．Atlastcompu

7、tethevaluesofresidualstresswithstandardB$7910andSINTAP．TheresearchmeasuresthemechanicscapabilitiesoftheweldingseamandtheHAZ，includingrigiditytest，pullingtest，impacttest，CTODtest．Thenmeasurestheresidualstressofhighfrequencyelectricresistantweldedpipeusingthecentra

8、l-holemethodandanalysestheresidualstressoftheweldingseamintheweldedprocesswithANSYSnonlinearfiniteelementprogram．Theexperimentalresultsshowmostlyconformitycomp