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。     

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。     

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。     

水煤气变换反应器筒体焊接残余应力数值模拟与实验

为研究水煤气变换反应器筒体环焊残余应力的分布规律,利用ANSYS软件对含不锈钢复合层的筒体焊缝进行焊接残余应力的数值模拟,同时采用X射线衍射法对筒体焊缝进行残余应力测定。数值模拟结果表明,过渡层焊接残余拉应力远高于复层与基层,形成明显的应力梯度;残余应力在复层表面垂直于焊缝方向上均为压应力,且在焊缝中心压应力最大,沿焊缝方向上为拉应力,最大值出现在焊缝边缘部位;实验测量结果与数值模拟结果一致,验证了数值模拟结果的正确性。     

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。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

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。     

客运专线道岔辙叉垫板焊接的有限元分析

考虑材料性能随温度的变化,采用热弹塑性有限元法,对客运专线道岔辙叉垫板的焊接进行了三维数值模拟,分析了焊接温度场、残余应力分布及残余变形.结果表明:辙叉角焊缝纵向残余应力为拉应力,横向残余应力为压应力,最大等效残余应力出现在焊缝末端.辙叉的焊接残余变形随焊接热输入的增大而增大.采用刚性固定法能明显减小辙叉的焊接残余变形.     

焊接工艺对30mm厚Q690钢板焊接残余应力的影响

为了得到焊接工艺对30 mm厚Q690钢板焊后残余应力分布及大小的影响,实施了不同工艺条件下的焊接试验,并通过盲孔法对试板焊后应力进行测定,得到了不同工艺条件下的焊接残余应力。结果表明,在焊缝区,横向应力为压应力,最大为569 MPa,纵向应力为拉应力,最大为57 MPa;在热影响区,横向应力为拉应力,最大为143 MPa,纵向应力由压应力逐步变为拉应力,最大拉应力为75 MPa。焊材和焊接热输入对接头残余应力有一定影响,其中,焊接热输入增加,残余应力也逐步变大。采用"X"形坡口可以改善焊接接头残余应力分布,残余应力多为压应力,但残余压应力的存在会降低接头的局部稳定性,需进行焊后热处理,以减小其不利影响。在实际生产中优选药芯焊材和热输入为20.8 k J/cm的焊接工艺。     

16MnR钢板焊接对接接头残余应力磁记忆检测研究

基于金属磁记忆效应原理，研究16MnR钢板焊接接头附近垂直于焊板平面的漏磁场强度分布情况及其对应的残余应力分布情况。试验结果表明，铁磁性焊接接头近焊缝区不同形变引起的磁导率不连续变化产生漏磁场；磁记忆效应所产生的垂直于焊板平面方向上的漏磁场峰值与焊接残余应力造成的塑性变形区域和弹性变形区域分界具有直接对应关系。金属磁记忆法在焊缝残余应力测量中具有良好的应用前景。     

预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响

在预拉伸应力作用下，进行了厚度为4mm的5A05铝合金试板的焊接，焊后残余应力及变形的测定结果表明．预拉伸焊接法可有效减小铝合金薄板焊后的纵向残余应力、纵向挠曲变形和平面变形。在弹性应力范由内，随着预应力的增大，试板的残余应力峰值、纵向挠曲变形及平面变形均逐渐减小。分析认为，预拉伸应力部分抵消了焊接区热膨胀产生的压缩应力，从而减小了压缩塑性变形，进而减小了冷却时焊接区域的拉伸应力水平，相应地远离焊缝区域的压缩应力也随之减小。     

Residual stress analysis of 7075 aluminum alloy after vacuum electron beam welding

The residual stresses distribution of 7075 aluminum alloy in vacuum electron beam welding joint was numerically simulated using nonlinear finite element method. The result shows that the longitudinal residual stress is tension stress along weld center and the stress peak value appears in the middle of the welded seam; the transversal residual stress is compression stress ; the residual stress in thickness direction is very small.     

Residual stress and microstructure in welds of 13%Cr–4%Ni martensitic stainless steel

The objectives of the present study were to characterize the distribution of residual stress and the microstructure changes induced by welding in the heat-affected zone (HAZ) of 13%Cr–4%Ni used in hydraulic turbine fabrication to deduce best practices. To characterize residual stress after welding, hole-drilling, X-ray diffraction (XRD) and the contour method were used on a FCAW 6 passes UNS W41036 (410NiMo) weld deposited on UNS S41500 (13%Cr–4%Ni) stainless steel; the results were put side to side with the weld microstructure and hardness to assess their criticality. Transverse compression was found in and around the last bead of the weld by XRD and hole-drilling. Longitudinal compression stress was found in and around the last bead while longitudinal tension was found near the low-temperature HAZ. The contour method showed that despite high compression in the last bead, high longitudinal tension exists in the rest of the weld and just below the weld. The superposition of both residual stress distribution and results from microstructural characterization shows that in multipass welding of 13%Cr–4%Ni martensitic stainless steel, cracking susceptibility is higher in the weld than in the HAZ, let it be fatigue cracking, environment-assisted cracking or cold cracking during welding. Post-weld heat treatment proved to be very efficient in lowering residual tension found in the first bead and in lowering the hardness of the weld. These results underline the importance of following proper procedures when welding these steels; this being even more true when the assembly is loaded in fatigue.     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

Experimental Investigation into the Effects of Weld Sequence and Fixture on Residual Stresses in Arc Welding Process

This study concentrates on the effects of weld sequence and welding fixtures on distribution and magnitude of induced arc welding residual stresses built up in butt-joint of Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) AA5251 plates. Aluminum plates have been welded under different welding conditions and then, longitudinal and transverse residual stresses were measured in different points of the welded plates employing hole-drilling technique. The results indicate that welding sequence significantly alters the distributions of both longitudinal and transverse residual stresses while the changing in the weld sequence leads to 44% decrease in longitudinal residual stress. Besides, both the geometry of weld pool and distribution of residual stresses are affected by the welding fixtures while implementation of fixture causes about 21 and 76% reductions in the depth of weld pool and transverse residual stress, respectively, for the material and welding conditions used in this research.     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

摩擦搅拌焊接过程残余应力的中子衍射法测量分析

利用中子衍射法测量了2024-T4铝合金板摩擦搅拌焊接头残余应力分布,得到了接头内部不同位置处的残余应力,研究了焊接速度对残余应力的影响。结果表明,纵向残余应力总体水平比横向残余应力高,是接头内的主要残余应力;当搅拌头转速相同时,提高焊接速度,纵向残余应力增大;横向残余应力除了在匙孔附近较大外,在其余位置处的残余应力都围绕0轴在拉应力与压应力之间波动,整体残余应力水平相对纵向残余应力小很多。