不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力研究

为研究钢结构桥梁中不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力的大小及分布规律,文中采用ABAQUS模拟软件,建立了16 mm厚与24 mm厚Q345qD钢板对接多层焊三维有限元模型,通过顺序耦合的方法对焊接过程进行了模拟,并将模拟得到的应力场结果与盲孔法试验结果进行对比验证。结果表明沿垂直于焊缝路径上,纵向残余应力在远离热影响区表现为压应力,而在热影响区表现为拉应力,较薄钢板一侧的纵向残余应力略小于较厚钢板一侧的残余应力。横向残余应力一致表现为拉应力,其分布规律具有明显的不对称性。在平行于焊缝路径上,纵向残余应力变化明显,呈现为拉-压交替的分布形式,横向残余应力在焊缝两端表现为压应力,且向试件中心逐渐过渡为拉应力。     

Q550GJ高强钢焊接箱形截面残余应力试验研究

为了研究国产Q550GJ高强钢焊接箱形截面构件的残余应力分布情况,根据其力学性能,设计和加工了6个Q550GJ高强结构钢焊接箱形截面构件,采用分割法对其进行残余应力试验。基于试验测量数据,得到不同试件的残余应力分布,研究板件宽厚比、板件厚度等几何尺寸对残余应力的影响。研究结果表明:高强钢Q550GJ焊接箱形截面构件的翼缘和腹板两端近焊缝区域出现较大的残余拉应力,翼缘和腹板中部呈现大小基本不变的残余压应力区,其余部位为由残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域。随着宽厚比的提高,翼缘和腹板残余压应力值相应减小,残余拉应力值的变化规律不明显,有增大的趋势,且残余拉应力值均小于高强钢Q550GJ的屈服强度。在相同宽厚比情况下,焊接箱形截面构件厚度增加后,翼缘和腹板的残余压应力和残余拉应力相应减小。     

高强度钢焊接H形截面构件残余应力分布试验研究

采用分割法对国产Q460C、Q690D和Q960D 3种高强度钢沿焊接H形截面纵向分布的残余应力进行了测量,以研究钢材强度、板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型和焊接工艺等因素对残余应力分布的影响。板件厚度选用10 mm和20 mm,板件边缘采用火焰切割,焊缝类型为对接与角接组合焊缝(K型熔透焊缝)和角焊缝,焊接方式为CO_2气体保护焊和埋弧焊。试验结果表明:在所介绍的焊接工艺下,板件的残余应力值与钢材名义屈服强度无直接关系;翼缘焊缝区域的最大残余拉应力值与板件宽厚比无关;翼缘和腹板的残余压应力值分别随着板件宽厚比和板厚的增大而减小;翼缘和腹板的残余压应力值随着与焊缝区域距离的增大而呈现先增大后减小的趋势,部分转变为残余拉应力;焊缝类型和焊接工艺通过影响热源输入点的位置和深度而影响残余应力值。     

残余应力对焊接箱形轴压柱整体稳定性能的影响

采用有限元参数分析,比较了3种残余应力分布形式、6种箱形截面、6种钢材屈服强度(235~960 MPa)条件下残余应力对焊接箱形轴压柱整体稳定性能的影响。结果表明:残余应力分布形式对构件稳定性能影响较小。按矩形残余应力分布计算可知:当板厚不大于20 mm且宽厚比不大于20时,相同残余应力水平下,截面尺寸对构件稳定性能影响较小;不同屈服强度下残余应力对构件稳定性能有一定影响,且稳定性能随钢材强度增大而提高;截面中拉压残余应力水平对构件稳定性能有较大影响。     

Experimental study on residual stresses in welded monosymmetric I-section

为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律,采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究,得到了不同试件全截面纵向残余应力分布,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明：残余压应力数值与截面尺寸直接相关,残余拉应力数值受截面尺寸影响较小;腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值;翼缘宽度增大时,分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小;施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响,而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果,提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型,该模型能够较准确反映各种因素的影响。     

单轴对称焊接工字形截面残余应力试验研究

为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律,采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究,得到了不同试件全截面纵向残余应力分布,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明:残余压应力数值与截面尺寸直接相关,残余拉应力数值受截面尺寸影响较小;腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值;翼缘宽度增大时,分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小;施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响,而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果,提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型,该模型能够较准确反映各种因素的影响。     

薄壁箱型臂焊接顺序优化

焊接顺序对薄壁箱型臂的焊后残余应力和残余变形影响很大。本文以30m高空作业车一节臂为例,分析不同焊接顺序对薄壁箱型臂焊接残余应力和变形大小的影响。先取薄壁箱型臂其中一条角焊缝为研究对象,选取四种焊接顺序方案进行数值模拟,综合对比各方案焊后残余应力和残余变形,得到T型接头单条角焊缝最优焊接顺序。再以薄壁箱型臂整体四条焊缝为研究对象,选取四种焊接顺序方案,以同样的方法得到薄壁箱型臂整体最优焊接顺序。     

MAG焊接Q345钢焊缝残余应力测试

采用盲孔法对Q345钢板的焊缝、熔合线及热影响区的残余应力进行测试,测试结果表明:焊缝与熔合区是残余应力比较集中的地方,焊接接头中部σ1达到Q345的屈服强度,热影响区的焊接残余应力较小。     

BS700对焊槽钢焊接残余应力分布及影响因素研究

以BS700对焊槽钢结构为研究对象,对其加工成型后的焊接残余应力分布规律及其影响因素进行研究。研究结果表明:对焊槽钢结构中的焊接残余应力分布以纵向残余拉应力为主,会严重影响对焊槽钢结构的稳定性和疲劳性能;两条焊缝的纵向残余应力分布虽然均处于拉应力区域,第2条焊缝焊趾处的纵向残余应力峰值更高;在等截面边长结构中的截面边长变化和非等截面边长结构中的长宽比变化主要对对焊槽钢结构中的横向残余应力分布产生影响,对结构中的纵向残余应力分布影响不大;槽钢壁厚的变化会显著影响结构中的横向、纵向焊接残余应力值,在槽钢尺寸设计过程中,应选取适当壁厚的槽钢,以减小焊接残余应力对对焊槽钢结构的影响。     

不同焊接工况焊接效应对箱板装配式钢结构加劲墙板的影响

通过ABAQUS关联DFLUX热源子程序对Q235B与Q345B钢板进行焊接模拟,并利用超声波检测方法对钢板进行焊接残余应力测试。试验发现：在焊缝热影响区上的纵向残余应力以拉应力为主,在整个焊件上横向残余应力既存在拉应力又存在压应力,且试验结果与模拟结果基本吻合,验证了ABAQUS模拟钢板焊接的可靠性。采用相同模拟方法对加劲钢板墙焊接过程进行模拟并对其焊接残余应力、焊接变形以及抗剪承载力进行分析。结果表明：加劲钢板墙的焊接残余应力与焊接变形主要发生在加劲肋与墙板焊缝处,沿焊缝方向上的残余应力均呈现上下两端小、中间大的特点;间断焊接对加劲钢板墙的高残余应力以及整体残余变形影响明显低于连续焊接;在所有焊接工况中,最小极限抗剪承载力与最大极限抗剪承载力相比下降了6.8%;对比所有工况后发现间断距离较大的焊接工况效果更好。     

L形梁焊接变形分析及控制

通过分析焊接过程中焊缝位于直角部位且无任何拘束的L形梁时产生变形的趋势,确定影响焊接变形的各个因素,通过焊缝坡口设计,焊接夹具设计、夹持方法,焊接方法,焊接参数,焊接层道分布以及焊接层道顺序等因素的控制,使L形梁的焊接变形控制在设计要求范围内,实现L形梁体构件的大批量生产。     

深圳湾体育馆焊接合拢对结构受力性能的影响分析

焊接连接的杆件在焊缝冷却后会在杆件中产生残余变形与残余应力,其焊接构件的残余变形一般会受到周围构件的约束作用而转化为结构中的残余内力。这种在结构中新增的附加残余内力对结构受力性能极其不利,甚至使得部分杆件受压屈服或受拉断裂而失效。首先研究了单个非约束自由构件的焊接收缩变形规律,提出了收缩变形计算公式;其次提出了一种H形刚架模型,通过对横梁实施对接焊研究焊接连接中焊缝尺寸、焊接顺序以及周边构件的约束强弱对H形刚架体系焊接成型状态的影响。最后以深圳湾体育场焊接合拢过程为研究对象,通过等收缩量原则将上述结果应用到体育场的合拢中,指出焊接收缩对合拢缝周围杆件内力的影响不容忽视。     

厚板焊接柱残余应力的有限元分析

厚板焊接柱极限承载力研究的关键是焊接残余应力的确定.本文应用热弹塑性应力分析理论,有限元法计算了厚板焊接箱形截面的残余应力分布.结果表明:由于三维残余应力的影响,厚板焊接箱形截面中纵向残余拉应力的峰值略高于钢材的屈服点,残余压应力分布区的大小及压应力峰值不仅与焊接输入热量有关,而且与截面积的大小有直接关系.受厚板截面本身的几何形状所影响,箱形截面有焊缝一侧壁板与另一侧壁板残余应力分布及大小有明显的不同.两个1/4箱形截面的焊接残余应力实测基本上验证了理论分析.     

防止汽车起重机固定支腿箱焊接变形的措施

介绍了汽车起重机固定支腿箱制造过程中防止焊接变形的措施。通过槽形工件预留焊接收缩变形尺寸，加装固定板固定槽形，在工艺要求范围内选用适当的电压、电流和焊接速度，所有焊缝都采用对称施焊法，对接纵焊缝处采用多层多道焊等科学防范措施，减少焊接变形及残余应力，提高构件的尺寸精度及使用可靠性，为企业降低成本，提高产品质量的同时创造最大的效益。     

小截面焊接工字钢残余应力分布试验研究

为研究小截面焊接工字钢残余应力分布规律,采用分割法,对某经振动台试验后的拉链柱式中心支撑钢框架结构中18个焊接工字形小截面试件的残余应力进行了测量。基于测量数据,得到了残余应力分布和拉、压残余应力的大小,研究了板件宽厚比对残余应力的影响。结果表明,较小截面试件的残余应力与翼缘、腹板宽厚比之间并无明显规律。建议翼缘端部和腹板的中部残余压应力值取0.5f_y(f_y为钢材屈服强度),翼缘中部和腹板端部残余拉应力值取0.8 f_y。基于此,提出了小截面焊接工字钢残余应力分布的简化计算模型,并将模型计算值与试验值进行了对比,绝大部分的实测残余应力值均在简化计算模型计算值的包络范围内。     

首创丽泽工程十字柱焊接变形的控制

在钢结构制作加工时,构件中不利的残余应力会直接导致构件出现变形、裂缝等缺陷。残余应力除了会影响钢构件的稳定性、疲劳强度以及抗应力腐蚀能力外,还会影响钢构件的使用年限和安全。首创丽泽工程的十字柱截面尺寸较小,板材较厚,焊接过程中极易产生焊接变形,通过分析十字柱产生焊接变形的原因,从坡口形式、焊接顺序、焊后校正等措施入手,对钢结构焊接变形的控制方法进行了探讨。     

国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布试验研究

残余应力是影响钢压杆整体稳定承载力的重要缺陷因素之一.为获得合理的国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布模型,采用锯割法对不同截面尺寸的8个试件进行残余应力试验研究.根据实测数据,绘制各截面的残余应力分布图,研究板件宽厚比、板件厚度对残余应力大小及分布宽度的影响,组成截面各板件间的相关性及残余应力的自平衡性.分析结果表明:焊缝处残余拉应力大小与板件厚度及板件宽厚比无关,相应的分布宽度与板件厚度及板件宽厚比成反比;板件外伸段中部的残余压应力大小与板件厚度和板件宽厚比成反比,相应的分布宽度与板件厚度和板件宽厚比无关;各板件内的残余应力能够分别满足自平衡条件,且全截面上的残余应力也能满足自平衡条件.基于上述分析结果,提出能够准确描述试验结果的国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布模型,并进行有限元分析验证,为后续焊接T形截面钢压杆整体稳定承载力的研究提供重要参考.     

铝和铝合金钎焊蓝宝石接头的残余热应力有限元分析

为了较为精确地了解陶瓷焊接接头内的残余热应力分布及其在不同条件下的演变规律,以蓝宝石钎焊接头为研究对象,使用有限元方法模拟了其在不同的条件下的残余热应力分布。建立了蓝宝石钎焊接头的有限元模型,考察了使用纯铝和2024铝合金作为焊缝填充金属钎焊蓝宝石的接头残余热应力分布。同时模拟了焊后热处理对2024铝合金钎焊接头的残余热应力的影响。结果表明,纯铝作为填充金属的接头残余应力较小;2024铝合金作为填充金属的接头残余应力较大,热处理后的接头残余应力降低约50%~70%。在所有的情况下,最大的残余应力都出现在焊缝平面的边缘区域而非中心区域。     

平板对接焊的温度场和应力场有限元分析

针对中厚板在焊接过程中存在残余应力和变形,运用ANSYS热-结构的耦合分析功能,对焊接温度场和应力场进行了模拟计算。结果表明,焊缝区及附近存在较大的焊接残余拉应力,应力最大值接近或超过材料的屈服强度,离开焊缝区后焊接残余应力迅速衰减为压应力。     

正交异性板纵肋—面板焊接接头热点应力分析

对某大桥正交异性钢桥面板的纵肋—面板焊接接头进行了热点应力法实体单元有限元分析,通过ABAQUS的模拟分析结果表明,轮压对于正交异性板钢桥面板的应力影响范围很小,对纵肋—面板焊接接头的应力提升不明显,接头非线性应力分布在距离焊趾0.4t的范围内,应力分布特点与以往针对平板焊接结构的热点应力研究成果相吻合。