车体铝合金熔化极气体保护焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对6 mm厚度7020铝合金的熔化极气体保护焊及搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测试。结果表明,用两种焊接方法得到的焊接接头,其纵向应力均大于横向应力,对比7020铝合金搅拌摩擦焊接头和熔化极气体保护焊接头中的纵向残余应力,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力峰值要远远小于熔化极气体保护焊接头中纵向残余应力峰值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而熔化极气体保护焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90MPa。     

高速列车铝合金车体枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力分布特征

采用超声波法对铝合金枕梁部件搅拌摩擦焊(FSW)接头和熔化极气保护焊(MIG)接头分别进行了残余应力测量。结果表明,FSW固相焊接头的纵向应力和横向应力均为拉伸残余应力,其中纵向应力水平远高于横向应力。纵向应力在FSW焊缝两侧呈不对称分布特征,在搅拌头的前进侧应力值较高,而在返回侧应力值较低,最高应力位于前进侧的轴肩作用边缘处。MIG熔化焊接头在焊缝及近缝区的纵向应力和横向应力也为拉伸残余应力,且在MIG焊缝两侧呈对称分布特征,其中纵向应力高于横向应力,最高应力位于焊缝及热影响区。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

焊趾TIG重熔对转向架用P355NL1钢对接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对转向架用P355NL1钢对接接头的残余应力进行了测试。研究T IG重熔处理对单面焊双面成型和封底焊对接接头残余应力的影响。结果表明,TIG重熔处理对降低单面焊双面成型接头焊趾处纵向残余应力有显著影响,但会提高封底焊接头焊缝和焊趾的纵向残余应力。单面焊双面成型接头焊态横向残余应力值总体大于封底焊焊态接头横向残余应力。焊趾T IG重熔增加了单面焊双面成型对接接头焊趾区域横向压应力值,但对封底焊接头焊趾处横向残余应力没有影响。     

飞机蒙皮2A12铝合金搅拌摩擦焊的数值模拟研究

基于COMSOL对民航飞机蒙皮材料2A12铝合金搅拌摩擦焊进行了多物理场耦合的数值模拟研究,分析了焊接速度、搅拌头转速对模型中温度场及残余应力的影响,并通过实验对比验证了模型的准确性和可靠性。结果表明,在2A12铝合金板搭接部位,温度分布呈现"V"形分布。铝合金板中的最高温度及工件中的残余应力均随着焊接速度和搅拌头转速的变化而变化,为了保证焊接质量,最大焊接速度一般不能高于1.9 mm/s。同时,随着搅拌头转速的增加,工件中的最大残余应力和最高温度呈现先增大后逐渐平稳的趋势;纵向应力和横向应力分布均为M型,在焊缝处纵向应力集中为拉应力,横向应力在工件边缘表现为压应力,在焊缝附近为拉应力。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

高频感应加热处理对2219铝合金FSW焊接接头残余应力的影响

采用搅拌摩擦焊接工艺焊接8mm厚2219铝合金板材,自行研制设计了高频感应加热装置,对2219铝合金搅拌摩擦焊接接头进行了应力表征与高频感应加热去应力研究,试验温度分别为90℃、140℃、190℃,利用X射线衍射法测试了焊缝热处理前、后纵向和横向残余应力,分析了搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能。结果表明,经高频感应加热处理后,焊接纵向残余应力峰值显著降低,经190℃感应加热处理后纵向残余应力峰值下降51.3%,残余拉应力区间变窄,随着高频感应加热温度的降低,去应力效果减弱。热处理前、后焊接接头微观组织和力学性能变化不明显,显微硬度分布趋势相同,说明高频感应加热技术在有效降低焊接残余应力的同时不改变焊接接头的力学性能。     

不同焊接速度6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及力学性能研究

采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

Experimental Investigation into the Effects of Weld Sequence and Fixture on Residual Stresses in Arc Welding Process

This study concentrates on the effects of weld sequence and welding fixtures on distribution and magnitude of induced arc welding residual stresses built up in butt-joint of Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) AA5251 plates. Aluminum plates have been welded under different welding conditions and then, longitudinal and transverse residual stresses were measured in different points of the welded plates employing hole-drilling technique. The results indicate that welding sequence significantly alters the distributions of both longitudinal and transverse residual stresses while the changing in the weld sequence leads to 44% decrease in longitudinal residual stress. Besides, both the geometry of weld pool and distribution of residual stresses are affected by the welding fixtures while implementation of fixture causes about 21 and 76% reductions in the depth of weld pool and transverse residual stress, respectively, for the material and welding conditions used in this research.     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

T型焊接试件焊接残余应力分布的测定

为了掌握钢结构中焊接残余应力的具体分布状态,采用基于逆磁致伸缩效应原理的无损检测方法,利用磁测应力仪对T型焊接试件焊缝附近不同层深处的焊接残余应力进行了实际测量,得到了距焊件表面1、1.5和2 mm三个不同层深的焊接残余应力分布规律,并和基于有限元法的数值模拟计算结果进行了对比分析.结果表明,焊缝附近区域残余应力较大,随着层深的增加,横向和纵向残余应力均由压应力逐渐过渡为拉应力,而纵向残余应力在远离焊缝中心的区域内,则改由拉应力过渡为压应力.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

厚板钛合金电子束焊接残余应力分布特征

首先对50mm厚TA15钛合金平板分别采用堆焊和对焊两种方法进行电子束焊接,然后采用盲孔法测量了热处理和未热处理情况下焊接试件残余应力的分布情况.测量发现,对接焊和堆焊试件上表面纵向应力在焊缝和热影响区呈现较大的拉应力,且对接焊试件的纵向应力大于堆焊试件;上表面横向残余应力幅值较低,且整体呈现压应力分布.下表面的横纵应力整体上为压应力,且横纵应力的分布和大小非常接近.结果表明,热处理工艺造成各试板的横纵应力趋于一致,整个试板上的应力趋于均匀化,且堆焊试件的均匀化程度更明显.     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程，采用非线性有限元法，对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明，沿焊缝方向，纵向残余应力均为拉应力，一般在焊缝中间处最大；沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力，沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向，焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

能量配比对激光-MIG复合焊接头残余应力的影响

采用不同激光/电弧能量配比(QRLA)对8 mm厚Q345钢板进行激光-MIG(metal inert gas,MIG)复合焊接,研究了QRLA对复合焊接头的截面形貌和显微组织的影响,并分析了不同QRLA下焊接过程的温度场和接头残余应力分布的变化规律.结果表明,随着QRLA增大,熔宽显著下降,焊接过程的最高温度略有升高...     

焊接顺序对薄壁八边形管-板焊接接头残余应力的影响（英文）

考虑实际焊接中热-机械的直接耦合效应,通过热-弹塑性有限元法建立三维有限元模型来研究不同焊接顺序对薄壁6061铝合金焊件焊后残余应力分布的影响,采用单道TIG焊接实验来验证模拟结果的准确性;利用九种不同的焊接顺序来研究八边形管和底板之间焊后残余应力的分布状态。结果表明,焊缝及其附近存在的初始残余应力并不影响最终残余应力的分布;选择合理的焊接顺序可以有效降低八边形管-板接头的残余应力。