分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析。结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,而在中间部位的残余应力为拉应力;分段退焊对横向残余应力的减弱作用较为明显,可以有效降低焊接后的变形及其应力。     

焊接顺序对T型接头角焊缝残余变形的影响

为研究焊接顺序对T型接头角焊缝残余变形的影响,对平对接接头的焊接过程进行数值模拟和焊接实验,验证焊接模拟的合理性;建立T型接头双面角焊缝的有限元模型,采用生死单元技术和热结构耦合的方法对T型接头焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟,分析4种焊接顺序对其残余变形的影响。结果表明,模拟结果与残余应力测试结果吻合良好,说明焊接模拟过程合理有效。T型接头在焊后发生了挠曲变形,焊接顺序2的残余变形最小,变形量为0.61 mm,采用从两侧向中间的焊接顺序能够减小T型接头的残余变形。     

角焊缝不同焊接形式对焊接接头疲劳性能的影响

角接接头是铁路货车常用的一种接头形式。文中对4种焊接形式的角接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对其断口进行微观形貌分析。采用升降法并绘制S-N曲线对4种焊接形式的角接接头疲劳强度进行计算比较,表明正常焊与包角焊2种焊接形式的角接接头疲劳性能较好;4种焊接形式的角接接头都是由焊缝端部启裂,并且疲劳试件断口无明显焊接缺陷,符合试验标准。     

客车水箱焊接工艺性能研究

采用钨极氩弧焊(TIG焊)对客车水箱用304不锈钢薄板进行焊接,获得4种焊接接头:全焊透板对接接头、T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头,对其力学性能、组织结构、残余应力分布、氯离子敏感度等进行测试和分析。结果表明:4种焊接接头形式中,全焊透板对接接头在力学性能、焊接残余应力分布、耐腐蚀性等方面最优,而单面角焊缝接头在力学性能、焊接残余应力分布、耐腐蚀性等方面最差。     

蜂窝夹套结构焊接接头的应力强度分析

由于蜂窝夹套焊缝受力情况比较复杂，焊接部位经常出现焊缝开裂引起泄漏，焊接残余应力是重要的影响因素之一。运用大型有限元分析软件ABAQUS的热一力耦合功能，对304不锈钢蜂窝夹套的塞焊和填角焊两种焊接方式进行有限元模拟，得到了这两种焊接接头的残余应力分布情况。结果表明，塞焊焊接方式的蜂窝夹套焊缝处的残余应力大于采用填角焊方式的。采用塞焊方式蜂窝孔处的焊接残余应力较高，焊完第二个蜂窝孔后对第一个蜂窝孔的残余应力影响较大。而采用填角焊方式则这种影响较小。对塞焊和填角焊焊缝进行强度计算，结果表明填角焊焊缝的承载能力较好。研究结果为蜂窝夹套进行分析设计和控制焊缝开裂提供了理论基础。     

薄板加强筋结构焊接过程的有限元模拟

针对薄板加强筋结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,先对单一T型接头进行数值模拟以验证焊接模拟的合理性,最后对薄板加强筋结构焊接温度场和应力场进行数值模拟。结果表明,T型接头在焊后发生了角变形,最大的变形量位于底板的角点处,大小为5.0 mm,数值模拟与残余应力测试结果表现出很好的一致性;薄板加强筋结构焊后残余应力主要沿着焊缝分布,在远离焊缝处残余应力迅速减小,最大残余应力位于横向筋板与底板焊缝处,大小为329 MPa;薄板加强筋结构焊后最大变形处位于底板的角点处,数值模拟得到的最大变形量为107 mm,实际测量的最大焊接变形量为105mm,数值模拟与实际焊接变形结果较好的吻合。     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.     

奥氏体不锈钢单层焊与多层焊残余应力数值分析

基于SYSWELD有限元模拟技术,模拟奥氏体不锈钢对接接头单道单层焊和单道多层焊2种焊接工艺下的焊接残余应力场分布。单层焊采用大电流熔化极惰性气体保护焊,多层焊第1层采用钨极氩弧焊,中间层和表面层采用焊条电弧焊,同时对结果进行分析比较。结果发现:单道多层焊比单道单层大电流焊焊接效果好,焊接残余应力最大值分布区域更小,因为多层焊的焊接电流小,焊接层次增加使得热输入小,造成受热范围减小,同时后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用,因而改善了残余应力和焊接接头组织。研究方法和研究结果为对接接头的残余应力预测和焊接质量控制提供参考。     

AZ31镁合金TIG焊接接头疲劳性能试验研究

采用TIG焊对厚度10 mm的AZ31镁合金板材进行对接焊和十字角接焊。对母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度和疲劳性能进行了试验,分析了焊接组织对焊接接头的抗拉强度和疲劳强度的影响。结果表明:AZ31镁合金母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度分别为254.3、186.1、213.4 MPa,焊接接头的抗拉强度均低于母材的抗拉强度。焊接热影响区存在典型的过热组织,晶粒粗大,焊缝区域主要为晶粒细小的铸造急冷组织。母材、对接接头和十字角接接头在2×10~6循环次数下的疲劳强度分别为58.3、26.1、18.2 MPa,焊接接头的疲劳强度远低于母材的疲劳强度。疲劳裂纹主要萌生于焊缝表面的气孔位置,焊缝区晶粒间沉淀相的减少是疲劳裂纹产生和扩展的主要原因。     

喷丸改善Q235B对接焊接头残余应力场的有限元分析

以Q235B钢板对接焊接头残余应力场为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立焊接接头喷丸模型,研究喷丸改善焊接接头残余应力情况。首先通过焊接模型得到Q235B对接焊接头的温度场和残余应力场,然后将提取的焊接残余应力结果作为初始条件导入到喷丸模型中,对比喷丸处理前后焊接接头的残余应力。结果表明:有限元焊接模型能较准确地模拟Q235B钢板的焊接过程,焊后残余拉应力集中在焊缝及其周边,焊件过渡区表面无论横向还是纵向均存在较大的残余拉应力。通过适当的喷丸表面处理,焊件过渡区表层的残余拉应力变为压应力,随着弹丸速度和弹丸直径的增加,过渡区表面残余压应力、最大残余应力、最大残余应力深度和残余压应力层深均有所增加。在喷丸覆盖率为100%情况下,增加弹丸直径能在焊件过渡区产生更利于疲劳性能的残余应力场,而增加速度对残余应力场的改善则不如增加直径明显。     

胶接及非金属材料的焊接

镁合金激光胶接焊胶层作用分析 通过镁合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示同种金属激光胶接焊时胶层作用,并为异种金属激光胶接焊研究提供理论依据。与激光焊接进行比较,对焊接过程进行焊接光谱采集并分析,发现激光胶接焊光致等离子体电子密度增加,碰撞加剧,逸出焊缝的镁粒子数量增加,胶层的存在增加了试件对激光的吸收率;焊缝成形试验发现胶层的存在可以起到增加焊接熔深的作用。剪切试验结果表明：胶层对焊接接头性能不会产生负面影响。图6表2参6     

多层焊对接接头焊接残余应力有限元分析

运用大型有限元计算软件ANSYS,结合弹塑性有限元理论对Q345锰钢对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热交换。运用生死单元技术模拟焊缝金属的填充过程。得到了三维单层焊和两层焊焊接温度场和残余应力场,并对计算结果进行分析。     

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力.结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力.风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33％;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65％.     

6061-T651铝合金薄板接头的焊接变形

基于有限元软件ABAQUS,开发可同时考虑材料非线性、几何非线性和移动热源的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟焊接过程中的热-力学耦合行为。以3 mm厚的6061-T651铝合金薄板TIG焊单道重熔和MIG对接接头为例,模拟分析焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形。同时,采用实验方法测量两种焊接接头的横向收缩和面外变形。结果表明:数值计算所得到的横向收缩、角变形与实验测量结果十分吻合,验证所开发的有限元计算方法的有效性。此外,基于数值模拟结果和实验结果验证了铝合金薄板焊接接头面外变形的形成机理。     

焊接残余应力对2219铝合金熔焊接头承载能力的影响

为了研究2219铝合金焊接残余应力对接头承载能力的具体影响以及作用机理,通过对比试验的方法测试了两种焊接接头的力学性能. 建立焊接过程有限元模型,获得标准试样和大尺寸试样的残余应力分布,模拟结果表明标准试样制备过程中,焊接残余应力基本上完全释放. 分别对含残余应力和不含残余应力试样进行力学拉伸和接头表征测试试验,试验结果表明焊接残余应力的存在不会对焊接接头的力学性能、断裂形式及断口特征产生明显影响. 基于细观损伤的断裂力学理论,对焊接残余应力在接头拉伸过程中损伤产生及积累过程的影响机制进行详细分析及讨论. 结果表明,焊接接头形成后的应力释放并不影响接头的承载能力,但是诸如随焊和焊后残余应力控制措施会导致接头产生额外塑性应变,可能会对接头承载能力产生影响.     

搅拌摩擦焊角接焊接外侧焊方法

在分析现有搅拌摩擦焊角接焊接的基础上,提出了一种新的搅拌摩擦焊(FSW)角接焊接外侧焊接方法(FSOCW).采用在角接头外侧镶拼辅助工艺垫块,在角接头外侧顶部构成搅拌头台肩摩擦所需平面的方法,将任意角度的角接焊转化为类似平板对接焊,利用垫板与搅拌头台肩产生的摩擦热加热角接焊缝,并在搅拌头搅棒的联合热机作用下形成搅拌摩擦角接焊缝.     

CLAM钢焊接残余应力与变形的三维数值模拟

基于ANSYS软件,对中国低活化马氏体钢(CLAM钢)TIG焊的焊接过程进行三维动态数值模拟,并对焊接温度场、焊缝中心线处残余应力分布以及焊件的角变形结果进行了分析。结果表明:在设定的焊接参数下2层焊缝均处于熔透状态,且热源分布关于焊缝中心对称;横向应力在起焊端和止焊端为压应力,中部为拉应力,纵向应力均为拉应力,而且模拟结果与试验结果吻合较好;盖面焊层焊完后的角变形明显比打底焊层焊完后的角变形大。     

焊接顺序对角接接头残余应力和变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以ABAQUS软件为平台建立了焊接热固耦合有限元模型,利用Python语言编辑程序建立分析步,控制焊缝单元的按序填充,结合Fortran语言开发热源子程序,并对建模方法进行了有效性验证,结果表明:所建立的有限元模型能够准确地反映焊接残余应力与变形。基于所建立的有限元计算方法与板板角接接头有限元模型,分析了焊接方向对残余应力、变形的影响。结果表明:横向角变形是角接接头最主要的变形,其横向角变形在沿焊接方向逐渐变大并趋于稳定;兼顾残余应力及变形,确定方案c为最优焊接方案,即采取从两端向中间的焊接顺序可以有效降低角接接头横向变形及残余应力。     

焊接顺序及热处理对T91/12Cr1MoV异质接头残余应力影响的数值分析

利用ABAQUS有限元软件,对T91/12Cr1MoV钢管道多层多道焊异质接头进行焊接残余应力有限元模拟,分析焊后热处理和两种焊接顺序对接头内残余应力的影响。结果表明,焊接接头在外壁T91侧热影响区存在最高轴向和环向拉应力。焊接各层焊道时,对比从12Cr1MoV侧向T91侧与从T91侧向12Cr1MoV侧依次焊接各焊道所获得的残余应力,后者所获得的残余应力较低,特别是在管道的外壁处尤为显著。热处理后管道焊接残余应力有所降低,但在T91侧热影响区仍存在较大的残余应力。     

Q345E钢多层多道焊残余应力的数值模拟与试验研究

对接接头和T形接头是大型复杂焊接结构的基础接头形式,为深入研究焊接结构的有效承载能力和服役的可靠性,本文以Q345E低合金结构钢对接接头和T形接头多层多道焊为例,首先采用X射线衍射法对焊接试件进行了残余应力测试,然后采用数值模拟的方法,并结合多层多道焊的热力耦合特征,对有限元模型进行了温度场和残余应力场的耦合计算。对比分析2种方法残余应力的大小和分布规律,模拟结果与试验测试的结果具有一致性,从而验证了有限元数值模拟方法的妥当性。该研究结果能够为合理有效地控制焊接结构残余应力、改善接头焊接质量,提供理论依据。