[发明专利]一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法

权利要求书

1.一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基于ANSYS进行有限元数值模拟分析，获得有限元模型变形分布、表面残余应力分布；

步骤2，进行变形测试获得焊接头的变形分布，

步骤3，进行残余应力测试获得焊接头表面残余应力分布；

步骤4，采用上述的表面残余应力分布和变形分布的实际测试结果对有限元数值模型进行校核，输出与实际测试相符的有限元模型；

步骤5，采用已校核的有限元模型估算整个接头的焊接残余应力状况。

2.根据权利要求1所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述残余应力测试采用X射线衍射进行检测。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述残余应力测试采用双线阵探测器侧倾法和摇摆法相结合的方法。

4.根据权利要求1所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述残余应力测试时，沿接头表面环形设置等间距分布的N个测试区域，N为≥2的正整数；每个测试区域选定包括两侧母材区、两侧热影响区、外侧熔合线以及焊缝在内的若干测量点进行测试。

5.根据权利要求4所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述残余应力测试，通过获得各测试区域内测量点处残余应力的有效数据的均值，得出各个测试区域的从外筒壁到内侧的环向残余应力散点分布、以及分各测试区域的从外筒壁到内侧的径向残余应力散点分布。

6.根据权利要求1所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述变形测试采用测量尺直接测量各测试区域的焊接变形前后的表面和根部的厚度，完成表面变形量和根部变形量。

7.根据权利要求4所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述有限元数值模拟分析操作依次包括以下步骤：选择模型；网格划分；参数选择；选择热源模型；边界条件设置；划定连续分析路径，获得焊后焊缝表面的残余应力分布，通过实测残余应力分布校核，输出与实际测试相符残余应力分布；通过有限元模型计算变形分布状况，通过实测变形分布校核，输出与实际测试相符变形分布；通过已验证的有限元模型来估算整个焊接残余应力状况，定义从接头根部到表面的多条路径，分析接头残余应力变化趋势，获得各路径上的环向、径向残余应力分布。

8.根据权利要求7所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述选择模型时，基于轴对称结果的环形焊接接头，设定焊接载荷呈轴对称分布，选择半个剖面，在ANSYS软件平台中建立了位于第一象限的二维轴对称几何模型。

9.根据权利要求7所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，所述网格划分采用自由划分方法，依次按照焊缝区、内测母材区、外侧母材区划分网格；由焊缝区至远离焊缝区的各侧母材区方向上，网格划分密度由密变稀疏；热单元类型选择4节点的PLANE55，结构单元为PLANE42，单元形状为四边形。

10.根据权利要求7所述的一种用于估算环形焊接结构体积残余应力的无损方法，其特征在于，在电弧焊的有限元数值模拟中，采用二维改进均匀体热源模型，将焊接线能量以热生成率形式加载到对应时刻的焊道中，以获得温度场和应力场结果。