LD10薄板随焊锤击工艺的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的随焊锤击工艺进行三维模拟,为优化铝合金随焊锤击工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:由于焊接热源后的锤击作用使得作用区域的金属发生了塑性延展,从而导致工件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,随焊锤击能够减少焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,降低了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

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。     

夹具约束对铝合金薄板焊接变形的影响

采用热弹塑性有限元技术对不同夹具拘束情况下铝合金薄板焊接过程进行了数值模拟,并利用脉冲氩弧焊接工艺、不同的夹具布置形式,研究了厚度为5 mm铝合金薄板构件的挠曲变形.结果表明,冷却过程中夹具对焊缝附近的塑性变形区的收缩等效于反向拉伸,可减小纵向残余塑性应变,因此利用夹具的拘束作用可以控制和减小铝合金薄板焊接残余应力和变形,但夹具对焊缝及附近区域的拘束程度不同,控制焊接变形的效果也不同.采用合理的夹具布置可以将薄板的纵向残余挠度控制在1 mm左右.     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接残余应力和变形的数值模拟和实验研究(英文)

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步研究了拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接瞬态应力和塑性应变、残余应力及变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;拘束距离对瞬态塑性应变的大小有显著影响,进而改变了残余应力及变形的分布和大小。随着夹具拘束距离从20 mm减小到4 mm,除了纵向残余拉伸应力外,横向残余拉伸应力和位移的峰值以及角变形的大小都呈减小的趋势。相对较小的拘束距离可以作为抑制横向残余拉伸应力和角变形的高效低成本方法,但对纵向残余拉伸应力有不利影响。     

Numerical Simulation and Experimental Investigation of Residual Stresses and Distortions in Pulsed Laser Welding of Hastelloy C-276 Thin Sheets

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步研究了拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接瞬态应力和塑性应变、残余应力及变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;拘束距离对瞬态塑性应变的大小有显著影响,进而改变了残余应力及变形的分布和大小。随着夹具拘束距离从20 mm减小到4 mm,除了纵向残余拉伸应力外,横向残余拉伸应力和位移的峰值以及角变形的大小都呈减小的趋势。相对较小的拘束距离可以作为抑制横向残余拉伸应力和角变形的高效低成本方法,但对纵向残余拉伸应力有不利影响。     

5A12铝合金有限宽薄板钨极惰性气体焊接的数值模拟

针对铝合金5A12有限薄板钨极惰性气体（TIG）焊接过程存在非准稳态的特点,提出了考虑热源预热作用及移动效应的二维高斯热源修正模型,并采用修正的二维高斯热源模型对其焊接热过程、焊接残余角变形和纵向残余应力进行数值模拟及研究,同时比较数值模拟及实验结果。实验结果表明：利用修正的二维高斯模型能较好地反映有限薄板的焊接特点,所计算的接头熔合区形状、热循环曲线与实验结果吻合良好。焊接残余角变形及焊接纵向残余应力也得到了与实验值较接近的模拟结果。利用此修正的二维高斯模型可提高焊接温度场、焊接纵向残余应力与变形数值模拟的准确性。     

搅拌摩擦焊工艺参数对6082-T6铝合金残余应力和变形的影响

为了研究搅拌摩擦焊工艺参数对铝合金焊接残余应力和焊接变形的影响,运用Abaqus有限元模拟软件,对5 mm厚6082-T6铝合金薄板在恒压力条件,不同主轴转速和焊接速度下的的搅拌摩擦焊进行了数值模拟计算,研究了焊接温度、残余应力和焊接变形的分布。结果表明:主轴转速一定时,焊接最高温度随着焊接速度的增大而降低;焊接速度一定时,焊接最高温度随着主轴转速的增大而升高。沿横向残余应力呈单峰状分布,峰值位于焊缝中心;沿纵向残余应力在焊缝两端有较大波动。相对于主轴转速,焊接速度的改变对残余应力影响更大。试板的整体变形趋势呈反马鞍状,沿纵向变形呈上凸状,沿横向变形呈下凹状。主轴转速一定时,焊接变形量随着焊接速度的升高而减小;焊接速度一定时,变形量随着主轴转速的升高而增大。     

预拉伸条件下铝合金焊接变形的数值模拟

应用热弹塑性应力应变关系理论,在考虑材料性能参数随温度变化的条件下,运用大型ANSYS软件通过有限元法模拟分析了预拉伸应力对5A05铝合金板材焊接变形的影响.结果表明,采用预拉伸焊接法可以有效控制铝合金焊件焊缝及近缝区的纵向挠曲变形.随着预拉伸应力的增大,其控制变形的效果愈明显,当预拉伸应力为σp=90%σ0.2时,焊后纵向挠曲变形最大降幅达70.45%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.