平板对接焊残余应力的三维有限元模拟与实验研究

针对平板对接焊焊接时的热应力特征,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用合理的热源模式,应用有限元软件ANSYS对其温度场和应力场进行了耦合模拟分析.分析中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性,得到了焊后残余应力的大小与分布规律.设计了等厚和不等厚两组焊接试件,采用盲孔法对其残余应力进行了实测,实测结果与数值模拟结果吻合良好,证明了有限元数值模拟方法的正确.     

5A06铝合金焊接残余应力有限元分析

利用热弹塑性有限元方法对5A06铝合金焊接接头的温度场和残余应力场进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响.在模型中运用移动的三维双椭球体热源作为输入热源来模拟焊接过程,最终获得了焊接温度场和残余应力场.将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,模拟结果与实测值有较好的一致性.     

焊后热处理对E36钢对接接头焊接残余应力影响的有限元分析

采用有限元方法模拟了E36钢平板多层多道焊的整个焊接过程以及局部热处理过程,获得了焊接温度场的分布,并采用间接耦合方法在焊接温度场计算结果基础上得到了E36钢平板焊缝焊接后的残余应力场。重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力的变化。结果表明,焊后热处理对E36钢平板焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝附近依然存在较大的拉伸残余应力。     

K-TIG焊接接头的应力与变形

采用SYSWELD软件对Q345低合金钢板的匙孔型钨极气保焊（keyhole gas tungsten arc welding,K-TIG）焊接过程进行了模拟,选用了3种形式的组合热源对K-TIG焊接过程的温度场进行数值模拟,并与实际焊缝轮廓进行对比,发现采用上半部分双椭球热源和下半部分3D高斯热源的组合热源所得温度场与实际情况较为相似.并通过K-TIG焊接数值模拟,分别研究板厚、间隙和焊接速度对K-TIG焊接接头变形和应力的影响.结果表明,减小焊接板厚有利于减小焊后z向变形和横向残余应力,留出适当的间隙有利于减小焊后残余应力,增大焊接速度有利于减小焊后变形,但不利于控制焊后残余应力.     

Monel-400合金板焊后热处理有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件和钨极氩孤焊接热源的特点,结合热弹塑性理论,建立了Monel-400合金板焊接有限元模型和高斯旋转体热源模型,并模拟计算Monel-400合金板焊接温度场及残余应力场.在此基础上,制定了焊后热处理方案,并对其进行了焊后热处理模拟计算,得到了焊后热处理后的残余应力场分布,对焊态下的残余应力场和热处理后的残余应力场进行了分析和讨论.模拟结果表明,残余应力场分布与实际焊接基本吻合;焊后热处理有限元分析可以很好的对退火过程进行模拟计算,且去应力效果显著,残余应力减小幅度最大为83％.     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

中厚板多道焊接温度场和残余应力场的三维数值分析

运用有限元分析软件ANSYS,对两块6mm厚316L不锈钢平板对接焊的三维瞬态温度场和应力场进行了数值分析.考虑了材料物理性能随温度的变化和周边热对流和热辐射的影响,采用移动的表面高斯分布热源来模拟焊接过程中的热量输入,利用“生死单元”技术模拟焊缝金属的填充、熔化和凝固过程.模拟结果表明,焊件热影响区狭窄,温度场呈移动的纺锤形分布.在垂直于焊缝方向的路径上,残余应力呈典型的W形分布,焊缝区纵向残余应力为拉应力,最大值达到材料的屈服应力,残余应力分布与中厚板焊接理论吻合良好.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

35CrMnSi钢平板电子束焊残余应力模拟与实测

研究了35CrMnSi低合金高强钢平板电子束焊残余应力的大小与分布,利用ANSYS软件模拟了35CrMnSi低合金高强钢电子束焊的实际温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布,并与实测值进行了比较.计算结果表明:计算与实测的35CrMnSi钢电子束焊接头残余应力的整体分布趋势和规律基本一致;在焊缝及近缝区,计算的纵向残余应力数值比实测值略大,横向残余应力值与实测值更为接近;在远离焊缝中心的区域,有限元计算数值与实测结果吻合得更好些.     

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.