多层多道焊焊接工艺数值模拟技术

利用ANSYS软件中的单元"生死"技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊时不同取样点的热循环曲线。同时,利用红外热像仪对实际焊接过程中试件上相应位置进行测量,得到具体位置的实际热循环曲线,比较实测热循环曲线与模拟热循环曲线的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的,能够对实际焊接过程起到指导作用。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

对接接头角变形变化过程研究

普通碳素结构钢板由于自身具有的良好综合力学性能和可焊性能,被广泛的应用在各种焊接结构中,角变形一直是其对接接头焊接过程中需要解决的突出问题.本文对Q235和45钢板材对接接头多层焊角变形变化过程进行了测量,对其角变形变化过程和特点进行了分析和总结.认为,对接接头首层焊角变形变化过程与被焊材料的种类有关;对接接头各层焊缝角变形动态变化过程有所区别,首层焊缝角变形过程较为复杂.     

角变形动态过程试验研究

对低碳钢对接接头多层多道焊的角变形动态过程进行数据采集,得到了不同工艺及不同工件厚度条件下角变形与时间的关系曲线,并进行了分析.认为,角变形发生发展的动态过程复杂；多层多道焊时,每层焊缝角变形动态过程既有一定的规律,又存在差异;残余角变形是焊接过程中角变形增量不断累加的结果.     

API X65深水海底管道J形铺设横向焊接变形

对深水海底管道铺设中关键的GMAW自动焊焊接应力与变形进行了研究,其工艺特点是背面不加衬垫、窄坡口、横向位置焊接。在焊接应力与变形理论分析的基础上,以SYSWELD软件为工具,提取焊缝截面平均热循环曲线作为多道焊的加载热源,对与管道厚度、坡口参数相同的API X65板材进行了多道焊焊接变形与应力分布数值仿真,搭建横向自动焊接试验系统进行了多道焊焊接验证。研究结果表明,最终焊接变形的数值模拟结果与试验结果大致吻合,二者之间存在的误差主要源于热流分布、二维截面模型的计算精度、约束及热循环曲线的自身特点等因素;在多道焊焊接过程中,前几层焊缝对最终焊接变形影响大,而后几层焊缝产生的影响小,其原因是前几层焊接中焊接的基础变形大,而后几层焊接中残余应力释放产生的变形补偿明显地抵消了一部分焊接变形。     

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。     

高炉底板用钢Q345中厚板焊接温度场模拟

以Q345中厚板对接焊为研究对象,利用Ansys分析软件对焊接过程三维瞬态温度场进行了模拟.通过对不同时刻的温度场分布和不同点所经历的热循环曲线进行分析,得出距离焊缝等距离的各点经历了相同的焊接热循环;由于多层多道焊具有焊接热叠加效果,在焊接第三道次后应降低焊接热输入,同时模拟结果为焊接参数的选择提供了理论依据.     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

基于逐层铣削法测量桥钢厚板焊缝区残余应力

桥钢厚板焊接常采用多层焊,由于焊接过程中焊缝区热应力作用和金属复杂相变过程,在厚度方向上产生了变化较大的焊接残余应力。目前,桥钢厚板内部残余应力的测量暂无统一方法,数值模拟分析也存在诸多困难。采用逐层铣削法对厚度为45 m m的对接焊钢板焊缝区沿焊缝方向的残余应力进行了测量,得到其沿焊缝厚度方向的具体分布情况。测量结果可为钢桥焊接残余应力数值模拟和钢桥疲劳研究提供参考。     

厚板Invar钢多层多道焊与多层摆动焊效率与接头质量对比分析

对19 mm厚Invar钢板进行多层多道焊和多层摆动焊对接试验,计算分析了这两种工艺的功耗和效率,并通过观察和测量Invar钢焊件的金相组织和显微硬度以比较两种焊接方法的焊接接头质量。结果表明,在连接厚板Invar钢时,由于多层摆动焊焊道数少于多层多道焊焊道数,多层摆动焊所用焊接时间较少、效率更高、功耗更少;多层摆动焊的层间重熔区熔合良好,而多层多道焊接接头处观察到明显的未熔合缺陷;多层摆动焊的热影响区宽度远小于多层多道焊;多层摆动焊的平均晶粒尺寸及显微硬度均略大于多层多道焊。     

基于试验结果分析角变形形成原因

通过测试低碳钢(Q235)对接接头动态角变形,对其变化过程和特点进行了分析和总结。结果表明:除温度变化引起的体积线性变化对角变形产生影响外,高温相变对自由状态下单层对接接头焊缝以及多层多道焊的首层焊缝角变形变化将产生影响;而多层焊接除首层以外的其他层焊缝,高温相变对角变形变化不产生影响。     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

低碳钢高温相变对焊接角变形的影响

低碳钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能,被广泛地应用在各种焊接结构中,但是对接接头角变形一直是焊接过程中的突出问题.文中通过测试低碳钢对接接头动态角变形,对其变化过程和特点进行了分析和总结.结果表明,除温度变化引起的体积线性变化对角变形产生影响外,700℃以上温度发生的高温相变对自由状态下单层对接接头焊缝以及多层多道焊的首层焊缝角变形变化将产生影响;而多层焊接除首层以外的其它层焊缝,700℃以上温度的相变将对角变形变化不产生影响.     

特厚板埋弧焊工艺研究

从焊材选择、焊接电源和焊丝排列等方面介绍了特厚板埋弧焊的工艺特点,并且采用正面双丝埋弧焊和反面三丝埋弧焊的焊接方法对150 mm厚的低合金钢Q345D厚板进行了对接平焊,对比分析了两种焊接工艺下焊接接头的力学性能和微观组织。结果表明,采用合理的电源组合、焊丝排列和合适的焊接材料,所得焊缝内部无夹渣、气孔等焊接缺陷,焊缝成形美观;焊接接头抗拉强度均高于母材,所有弯曲试样均合格,焊接接头整体冲击韧性满足了标准要求,但在多层多道焊的条件下,距离熔合线5 mm区域出现了韧性下降的现象,原因是多层多道焊接热循环影响下造成该区域晶粒粗大,同时出现了大量粒状贝氏体。     

核电用特厚SA508-3钢板焊接过程模拟分析

为了得到核电SA508-3钢焊件上各区域热循环曲线及残余应力分布规律,采用有限元软件,通过提出改进的子结构算法,减少模型非线性计算的节点总数,使模拟更加接近真实的厚板焊接过程。模拟结果表明:离热源越近的节点峰值温度越高,冷却速度越快,焊缝上任意节点的热循环曲线基本一致;厚板焊后残余变形关于焊缝中心对称;焊缝外表面的横向残余应力既有压应力,也有拉应力,焊缝内表面为较高的横向拉应力,纵向一直保持较高的残余拉应力,且占主导地位,使得焊件危险部位在沿着焊接方向的焊缝中心附近。     

压力容器吊耳多层多道焊不同焊接顺序的数值模拟

采用有限元软件对压力容器吊耳的焊接进行三维多层多道焊仿真模拟,运用生死单元技术对2种不同焊接顺序进行焊接填充仿真,得到不同焊接顺序下焊接接头的温度场、残余应力场以及变形场,对结果进行数值分析及比较,并对性能较好的工艺进行计算及硬度测试验证。结果表明:焊接顺序对残余应力及变形有很大影响,后续道次的焊接对已填充完成的焊缝有预热作用,并消除部分残余应力;焊缝方向中心区域应力水平超过材料屈服强度,为耳板焊接结构易断裂区域;单边依次焊接方案较双边交替焊接方案获得的残余应力小,硬度试验及强度计算结果表明,该方案满足实际工程要求,为实际焊接提供参考依据。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。     

厚板多层多道焊角变形分析方法

角变形一直是厚板多层多道焊过程中的突出问题，然而有关这方面的研究报道并不多见。作者对多层多道焊角变形的预测方法进行了分析，对已有的有关多层多道焊角变形经验公式进行了总结。在此基础上，提出了一种多层多道焊角变形的分析方法。应用基本的力学公式，结合焊接变形产生的原因，分析并推导出计算多层多道焊角变形的公式。最后，对厚板低碳钢单面V形坡口多道焊以及厚板高强铝合金双面V形坡口多道焊的角变形进行了实例分析。