双离合器内片支架焊接残余应力场有限元分析

针对激光焊接残余应力导致的焊接件结构失效问题,以目标DCT双离合变速器内片支架与花键轴为研究对象,借助于Sysweld有限元软件建立了三维有限元数值计算模型并对焊接过程进行了数值模拟,得到了焊接过程瞬态温度场和特征点的热循环曲线,模拟得到的焊缝形貌特征与实际焊缝形貌基本吻合。在此基础上得到了焊缝内部金相组织演变和残余应力分布状况。结果表明:冷却后的焊缝区域显微组织主要为马氏体,焊接接头具有较好的强度和韧性;切向残余应力在距焊缝中心约2 mm处达到拉应力峰值,此处是焊缝最容易出现裂纹的薄弱部位。     

焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对Q345钢焊接残余应力与变形计算精度的影响

建立合适的材料模型是有限元法准确预测焊接残余应力与变形的关键.基于有限元软件ABAQUS,采用热-弹-塑性有限元方法模拟Q345低合金高强钢平板对接接头的焊接残余应力与变形,探讨焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对焊接残余应力和变形的影响.数值模拟结果表明,与理想弹塑性模型预测的结果相比,材料模型区分考虑母材和焊缝金属的屈服强度会明显增加焊缝及其附近区域的纵向残余应力,材料模型考虑材料的加工硬化及退火软化效应会显著增加焊接接头下表面的纵向和横向残余应力,材料模型考虑焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化及退火软化效应对平板对接接头角变形的影响较小.比较计算结果与试验结果可知,为准确地预测Q345钢接头焊接残余应力与变形,材料模型要区分考虑母材与焊缝金属的屈服强度、材料的加工硬化及退火软化效应.提出的材料模型为采用数值模拟方法高精度地获得Q345低合金高强钢接头或结构的残余应力与变形奠定了理论基础.     

超超临界HR6W钢TIG焊接残余应力和变形有限元预测

采用钨极氩弧焊接(TIG)方法对超超临界HR6W钢厚板进行对接焊接,采用数值模拟方法分析焊接过程温度场,预测焊缝残余应力和焊接变形分布.结果表明,随着焊接道次增多,焊接变形逐渐增大,焊接变形为典型的角变形,以焊接线为中心线,呈对称分布,最大变形不超过1mm;随着焊接道次的增加,焊缝平均拉应力和压应力均先增大,后减小;焊缝中部区域存在残余压应力,焊缝首端和末端区域存在残余拉应力.     

风电机组后机架工字梁焊接残余应力与变形的数值模拟分析与研究

基于热弹-塑性有限元分析理论,对风力发电机组后机架工字梁进行焊接过程的模拟仿真,获得了残余应力场分布及变形情况,并与实际焊接完成后的变形值进行对比。结果表明：焊后残余应力主要分布在焊缝区和热影响区,焊缝中心区域残余应力最大,翼缘板左、右两侧的残余应力呈对称分布,且上、下翼缘板的分布情况相似;距离焊缝中心越远,残余应力越小;翼缘板均向内侧收缩变形,且左、右两侧的变形不同,仿真分析结果与实际变形情况相吻合。采取反变形措施后进行焊接,翼缘板的最大变形为0.5 mm。该研究结果对实际生产具有重要的指导意义。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

随焊冲击旋转挤压控制LD10薄板件焊接变形和热裂纹的研究

LD10铝合金薄板在焊接过程中易产生焊接热裂纹,焊后薄板件易产生较大的焊接变形。采用冲击旋转挤压头对焊缝及相邻区域施加一定频率的冲击旋转挤压作用,使焊缝及近缝区产生塑性延展;对LD10常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的焊接残余变形与焊接残余应力进行测量,对比分析了常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的拉伸试验、维氏硬度、断口分析和金相组织,明确了随焊冲击旋转挤压工艺对焊接件组织及性能的影响。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压处理后,工件的残余应力被降低到较低水平,随焊冲击旋转挤压工艺起到控制焊接残余应力和变形的作用,并且抑制了焊接热裂纹的产生。     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

焊接残余应力引起铣削加工变形的研究

焊接过程会产生残余应力,铣削加工后焊接残余应力释放和重新分布对铣削变形产生很大影响.为了研究残余应力释放和重新分布规律,采用有限元方法以最小焊接残余应力作为初始应力对铣削加工进行了数值模拟,获得了焊接试验件铣削加工残余应力和变形,并对焊接残余应力释放和重新分布以及加工变形进行了分析.     

CAP1400核电站接管和安全端焊接变形与残余应力研究

系统研究了CAP1400核电站接管和安全端模拟件焊接变形与残余应力分布特点。接管和安全端在焊接过程中焊接变形主要集中于焊接的初始阶段,焊接1/4厚度时,变形量为3 mm左右,焊接完成后,焊缝收缩量高达4.5 mm。盲孔法测试结果表明,在整个接管和安全端焊接接头内,环向与轴向焊接残余应力均为拉应力。焊接残余应力的最大值位于安全端镍基堆焊层与对接焊缝熔合线附近,测试结果达到500 MPa。     

焊接顺序对6061-T6铝合金矩形焊缝焊接残余应力及变形量的影响

以热弹塑性有限元法为基础,结合热-力耦合的算法建立有限元模型,采用Abaqus软件对薄壁6061-T6铝合金矩形型材进行焊接模拟;模拟了不同焊接顺序对铝合金型材残余应力及焊接变形量的影响,得到了最优的焊接顺序。结果表明:在矩形焊接时焊缝所在平面上产生的最大残余应力为拉应力;选择对称焊接工艺可以有效降低铝合金型材焊接后的残余应力,增强焊件的焊后稳定性;从较长的焊接路径开始焊接,能够减小焊接变形量。     

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。     

蒸汽发生器管子管板胀焊结合残余接触应力分析

采用有限元方法模拟蒸汽发生器管子管板的胀焊结合工艺过程,研究不同胀接压力下管子管板残余接触应力的分布情况、焊接温度场对管子管板残余接触应力的影响,以及未胀接区域长度对管子管板胀接区域残余接触应力的影响.分析结果表明,在胀接压力作用下,管子管板两端产生环向应力峰值,环向应力峰值随胀接压力的增大而增大,且管子过渡区域环向应力大于轴向应力.在焊接温度场作用下,靠近焊接区域的管子管板会发生应力松弛现象,应力环消失.随着未胀接区域长度的增大,焊接热影响减弱.当未胀接区域长度大于14 mm时,应力环会再次出现,且数值相对较小.先胀后焊的接头处焊缝区域残余接触应力最大,管桥间残余接触应力最小.对于胀焊结合工艺,需结合实际工作情况,考虑焊接对胀接区域应力松弛的影响.     

油田运输管道中的弯管法兰焊接仿真及优化分析

基于Sysweld软件平台,采用双椭球体热源分布模型,实现对油田运输管道中的弯管法兰焊接过程的数值模拟仿真。使用UG建立弯管法兰的三维焊接模型,利用Hypermesh、Visual-Weld和Sysweld等进行网格划分、分组和模拟仿真,获取了温度场及应力应变场的分布情况。通过分析焊接温度场分布和焊件形变得出温度场对焊件残余应力的影响,优化焊接装卡条件后,改善焊件残余应力情况。     

某型车架焊接变形及应力分布数值模拟研究

为了模拟车架焊接过程中变形及应力分布状况,建立了车架焊接过程中的有限元模型,然后确定了焊接过程中的焊缝顺序、焊接边界条件,从而利用有限元计算模拟了焊接过程。通过对比实际焊接结果与计算结果变形差异,确定计算仿真方法的正确性,得到了焊接过程中的应力分布、温度分布等数据。提出了调整焊缝顺序,以求达到最小的焊接后残余变形。     

T形焊接接头温度场及力场的三维数值模拟

焊接技术的发展对于促进工业发展具有举足轻重的作用.由于焊接过程产生的局部高温及不均匀的温度场,使焊接原材料在冷却过程中收缩速度不一致,从而在焊缝周围区域产生残余应力以及形变,直接影响焊件的使用寿命,而焊接过程产生的焊接温度是影响焊件金属材料组织和机械性能的主要原因,因此,温度场的模拟研究对优化焊件结构的分析是至关重要的.利用三维有限元分析软件SYSWELD对T形接头进行焊接模拟仿真,并对焊缝冷却过程中温度场以及残余应力进行详细的分析.     

辅助热源影响焊接残余应力的研究

采用曲壳单元热弹性有限元法,对ＬＳＮＤ静态低应力无变形焊接控制技术中辅助热源影响焊接残余应力的规律进行了数值模拟。计算结果表明,辅助热源如与焊接热源同时冷却则对焊接残余应力的影响不大,只有焊缝冷却至低温阶段后再冷却的辅助热源才有利于降低焊接残余应力。     

工艺参数对筒体纵向焊接残余应力影响的模拟研究

针对某公司生产的首次应用到核电上的SA508—3钢,为了得到简体上各区域残余应力大小及分布规律,定量地分析工艺参数对残余应力的影响,有效地控制焊接质量,采用ANSYS有限元建立60mm厚简体三维模型,模拟纵向焊接过程残余应力的变化。结果表明：工艺参数变化只对焊缝内、外表面中心区域以及焊缝沿厚度方向上的纵向残余应力影响比较大,焊接速度和焊接电压对残余应力曲线上的锯齿型波动产生的影响比较明显;焊接速度对残余变形的变化幅度影响最大,焊接速度与另外两个参数对残余变形影响的趋势相反。     

尺寸因素对SUS304不锈钢残余应力和焊接变形的影响

采用数值模拟和试验手段相结合的方法研究尺寸因素对SUS304不锈钢对接接头残余应力和焊接变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元法来模拟板厚为4 mm的SUS304对接接头的温度场、应力场和焊接变形。分别采用小孔法和三坐标测量仪测量接头的残余应力和面外变形。通过数值模拟结果与试验结果比较可知,基于大变形理论的计算结果与试验结果吻合良好,验证了该计算方法的有效性。通过数值模拟方法研究长宽比对SUS304对接接头残余应力和变形的影响,结果表明,随着长宽比的增加,面外变形和横向残余应力明显增大,而长宽比对纵向残余应力的影响较小。此外,采用数值模拟方法研究焊缝余高对SUS304对接接头变形的影响,结果表明,余高对焊接变形模式有显著影响,不考虑余高的变形模式为凸-凹型,而考虑余高的变形模式为凹-凸型。     

焊接顺序对中厚板对接焊残余应力的影响

针对同种材料,但几何结构不同的中厚板结构件之间的对接焊,运用有限元软件进行模拟,分析多层多道焊各层焊缝的焊接顺序对焊缝区域横、纵向残余应力的影响。采用内生热的加载方式模拟热源,采用生死单元法模拟多层多道焊缝的焊接过程。模拟结果表明,从几何尺寸小的一边向几何尺寸大的一边焊,沿焊缝底部和顶部中心线方向产生的横纵向残余应力峰值最小;底层的几道焊缝的焊接顺序对焊缝底部和顶部中心线方向所产生的横纵向残余应力的影响不大。     

坡口形式对不锈钢焊接温度场影响的分析

依托大型有限元分析软件ANSYS,对中厚板304不锈钢焊接过程中U型及V型坡口的焊缝区域温度场进行数值模拟。研究表明,V型坡口焊缝最高温度为1950℃,U型坡口焊缝最高温度为2073℃;U型坡口焊缝中心最高温度比V形坡口高,且热影响区域加宽,对后续应力分析的影响更显著;热循环曲线及焊接温度场等值图符合焊接实际过程温度变化规律,为进一步预测焊接变形和残余应力的分布提供热学方面的理论借鉴。