T型接头直线往返摆动焊温度及应力场的数值模拟

利用有限元软件SYSWELD对企业中广泛使用的直线往返摆动焊接过程进行了数值模拟,研究了T型接头的焊接温度与残余应力的分布规律。数值模拟结果表明,在摆动焊接过程中,沿焊缝方向周期性的出现了二次加热区,此区域的温度峰值高于一次加热区;纵向残余拉应力主要分布在焊缝及热影响区,且焊缝表面的纵向残余拉应力出现了周期性的波动。温度场与应力场的分布规律与直线往返摆动的运丝方式密切相关。     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

槽焊接头摆动焊热过程与残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元法对铝合金槽焊接头摆动焊过程进行了数值模拟,分析了其温度场与应力场的分布特征,探究了速度因素对焊接残余应力的影响。结果表明,槽焊接头摆动焊过程中焊缝中部温度要高于两侧;工件在中心焊缝区受纵向残余拉应力,焊缝两侧则转变为压应力;在焊缝尾部横向残余拉应力较大,尾部前端则存在较高的压应力;等效应力主要集中在焊缝附近,在焊缝尾部高应力区呈倒U形;横向与纵向残余应力峰值绝对值与焊接速度成正相关,与摆动速度则成负相关;等效应力具有相似的变化规律,且焊接速度的增加会减少焊缝区的应力峰宽度。     

超声冲击处理对316L不锈钢焊接接头组织及残余应力的影响

对6 mm厚的316L奥氏体不锈钢板进行TIG焊试验,采用盲孔法测量焊缝附近的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。使用Abaqus有限元软件,分析了316L不锈钢的焊接残余应力分布,并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差低于20%。     

2219铝合金TIG焊接头残余应力分布

利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头,分析了接头力学性能和微观组织。采用X射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布,并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明,该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区,最大横向拉应力和压应力分别为55 MPa和114 MPa,分别位于焊缝中部和起弧点;最大纵向拉应力为165 MPa,位于焊缝中部热影响区。接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态。     

T2-Y/Q345异质材料焊接残余应力及变形数值模拟

利用ANSYS有限元软件基于APDL命令流对T2-Y/Q345异质材料平板对接接头的温度场、残余应力和横向收缩进行数值模拟计算. 同时,对焊接接头的温度、残余应力及横向收缩进行测量. 结果表明,与T2-Y侧相比,Q345侧存在较大的温度梯度. 沿焊缝方向,T2-Y与Q345侧横向应力和纵向应力分别为双驼峰状和帽状分布. 在垂直于焊缝的中央界面的上表面,纵向应力与横向应力在焊缝和热影响区的应力分布均不连续,并在Q345侧存在较大应力梯度. 此外,T2-Y/Q345横向收缩最大位置位于焊缝中间部位,且向两端逐渐减小. 数值模拟结果与试验结果相对比,两者基本吻合,验证了ANSYS有限元计算的可靠性.     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

300M钢电子束预热与焊接复合加工后的残余应力测试

采用盲孔法测量了电子束预热与焊接复合加工300M超高强度钢板的残余应力分布。结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力以拉应力为主,横向残余应力以压应力为主,焊缝中心的最大纵向和横向残余应力分别为34.3和9.2 MPa;最大残余拉应力峰值出现在母材区,其应力值约为208.3 MPa,远低于母材屈服强度。沿焊接方向残余应力变化不大,可近似认为其分布基本稳定。     

16MnR斜Y型坡口焊接裂纹试验残余应力数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件对16MnR钢斜Y形坡口焊接裂纹试验的焊接温度场和应力场进行数值模拟,得到了焊接残余应力的分布规律.由于焊缝表面、中部和根部散热条件不同,造成了焊缝表面、中部和根部残余应力分布的差异.即在三维残余应力场中,纵向残余应力较大,且横向残余应力峰值出现在“直坡口侧”焊缝根部的热影响区.研究了预热温度对横向残余应力的影响规律.结果表明,随着预热温度的提高横向残余应力峰值和应力梯度降低,从而有助于减小冷裂纹倾向.     

IN738高温合金TIG对接焊温度场及残余应力场数值模拟

采用MSC.Marc有限元分析软件,研究不同焊接电流条件下IN738高温合金TIG对接焊的温度场及残余应力场分布规律。结果表明:焊接电流正相关影响焊接过程的最高温度、熔池尺寸以及残余应力值;焊缝中心线截面表面,横向残余应力和纵向残余应力均为拉应力;焊件中截面表面,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,在热影响区达到最大,在远离焊缝区转变为压应力,而横向残余应力相对较小,均为拉应力。     

钢-铝异种金属激光自熔搭接焊的数值模拟研究

利用SYSWELD有限元软件对钢-铝异种金属的激光自熔搭接焊进行了数值模拟,包括钢上铝下和铝上钢下两种搭接接头,比较了两种接头的温度场、特征点的热循环曲线、沿焊缝纵向和横向的焊接残余应力及残余变形分布。结果表明,激光焊起始时的温度瞬间超过材料的熔点;钢上铝下搭接接头的最高温度高于铝上钢下搭接接头的。温度模拟结果与测温试验结果吻合较好。铝板焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,钢板焊缝中心线上的残余应力以压应力为主。沿垂直于焊缝方向上,铝板在焊缝及附近区域的残余应力以拉应力为主,在远离焊缝的区域以压应力为主,而钢板在焊缝中心区域的残余应力为压应力,在焊缝两侧熔合区的拉应力达到最大值。这两种搭接接头中,铝板的焊接残余变形均大于钢板。在实际的钢铝焊接生产中,可以适当加大对铝及其合金的夹紧力。     

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。     

中厚板机器人横焊接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了中厚板机器人多层多道焊三维热力学有限元模型。利用ABAQUS有限元分析软件对中厚板机器人横焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析。分析结果表明,接头表面的纵向残余应力在焊缝区域内表现为拉应力,在远离焊缝的母材区域内表现为压应力,且开坡口一侧母材区域的残余压应力值高于未开坡口侧;对于横向残余应力,接头表面表现为拉应力,且焊缝区域附近拉应力较高,焊趾处出现应力峰值。对于接头横截面,沿板厚方向上,焊缝区表现为拉应力;沿板宽方向上,近焊缝上下表面区均为拉应力,焊缝中心区域则表现为压应力。将模拟结果与盲孔法测试结果进行对比,两者较吻合。     

激光焊接T型接头残余应力测试

采用YAG激光对2 mm厚SUS304不锈钢薄板T型接头进行焊接,用小孔释放法对其残余应力进行测试,并分析了线能量对残余应力分布规律的影响.研究结果表明:不锈钢激光焊接T型接头纵向残余拉伸应力约为120～140 MPa,而横向残余拉伸应力只有50～60 MPa.激光焊接线能量增加时,纵向残余拉应力峰值降低,而横向残余应力峰值随着焊接线能量的增加而变大.T型接头残余应力总体分布趋势与对接接头残余应力分布规律类似.     

Q345E钢焊后热处理残余应力模拟与试验研究

为深入研究热处理工艺对焊接残余应力的影响规律,以Q345E钢对接接头和T型接头多层多道焊为例,首先借助X射线衍射法对热处理前后焊接试件进行了应力测试,然后采用数值模拟的方法对这两种焊接接头模型热处理前后的残余应力进行了计算,分析了热处理前后残余应力的分布。结果表明:模拟结果与试验测试的结果具有一致性,验证了有限元数值模拟的合理性。热处理前,平板对接接头的纵向残余应力沿焊接方向呈现两端小,中间大的趋势;沿垂直于焊接方向随着距熔合线的距离增大而降低;T型接头的纵向残余应力沿焊接方向随远离起弧端整体上表现出上升趋势;沿垂直于焊接方向,它由近焊缝处的拉应力逐渐过渡到远焊缝处的压应力。热处理后,残余应力均下降。     

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。     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律. 结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区. 激光功率在2.0 ~ 3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势. 但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.     

S355钢TIG焊有限元仿真分析

采用SYSWELD软件对S355低碳合金钢平板对接焊焊接过程进行温度场和应力场的有限元模拟。分析焊缝温度场、焊后相组成以及焊后残余应力分布,以优化焊接结构和工艺设计。结果表明,焊接过程中,熔池区域温度最高,母材区域温度较低。在焊缝处横向残余应力较大;焊缝处的纵向应力主要为纵向拉应力,随着与焊缝距离的增大,拉应力最后逐渐转化为压应力。在焊缝中心处,纵向拉应力的数值小于两侧的拉应力。     

核电SA508-3钢厚壁圆筒纵向焊接残余应力分析

针对由某公司生产首次应用到核电设备上的SA508-3钢,为了获得焊接残余应力分布及规律,采用ANSYS有限元软件对60 mm厚圆筒纵焊的焊接接头进行温度场及残余应力数值模拟,并将模拟结果与相同工艺条件下焊接试验结果进行比较验证.结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合;焊接时热源周围极窄区域温度高,梯度大,远离热源温度峰值急剧下降;圆筒外表面残余应力大于内表面残余应力;焊缝及近焊缝区的残余拉应力值较大,远离焊缝中心残余拉应力值逐渐减小;圆筒两端和中部的残余应力在方向上或数值大小上不同;这对控制圆筒残余应力提供了理论依据.