该研究针对小直径管道焊接残余应力的形成特点,提出了一种新型的消除应力方法——温差形变法消除小直径管道焊接残余应力的思想.众所周知,焊接加热时产生的压缩塑性变形和冷却时的金属体积收缩,使得管道焊接完成后焊缝处产生不可恢复的微小颈缩,产生了焊接残余应力.为消除这种有害的残余应力,在管道环缝两侧拉应力区外某一区域施加一个合适的、与环焊缝平行的正向温度场,通过这个正向温度场引入一附加应力场,造成环缝两侧的热胀拉伸和收缩变形.通过与环缝原有的微小颈缩相协调,减轻近缝区母材对焊缝颈缩的拘束,从而达到降低残余应力的目的.如果温差足够大,在加热区造成对原环缝的径向拉伸作用,从而还可能在焊缝区产生压应力.该研究利用MSC.Marc大型通用非线性有限元分析软件模拟了外径100mm、壁厚5mm的小直径管的焊接温度场和焊接应力场,并使用全释放法测量了20钢和1Cr18Ni9Ti的焊接残余应力.模拟结果与实测结果较为符合.该研究重点对温差形变法消除小直径管道焊接残余应力效果进行了有限元模拟.首先对产生消除应力效果起决定作用的正向温度场的热源进行了模型简化,通过Marc有限元程序的一系列模拟,得到了关于此正向温度场的一系列参数:热源的热流密度、热源边缘与焊缝中心线的距离、热源的有效加热宽度、热源持续时间,考察了这些参数的变化对消除焊接残余应力效果的影响.文中还简要讨论了温差形变法消除焊接残余应力的机理.为验证有限元模拟结果的可靠性,该研究还自行研制了温差形变处理设备,并用它对20钢钢管和1Cr18Ni9Ti不锈钢钢管的环缝进行了温差形变处理,得到了处理后的管接头残余应力分布,结果显示两者符合得很好,证实了温差形变法消除应力这一方法的正确性和有效性.这些结果将对下一步工程实践起到重要的指导作用.