焊接顺序对薄壁箱梁变形和残余应力的影响

为了优化起重机用Q345材料薄壁箱梁结构的焊接顺序,采用有限元热弹塑性分析方法对不同焊接顺序的焊接变形和残余应力进行了数值模拟。定量描述了焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。通过对比分析,总结了焊接变形和残余应力的变化规律,提出了薄壁箱梁结构的最优焊接顺序。结果表明,采用同时同方向分段退焊的焊接顺序,并按照图5中方案三或四进行施焊,可有效控制薄壁箱梁结构的焊接变形和残余应力。     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析。结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,而在中间部位的残余应力为拉应力;分段退焊对横向残余应力的减弱作用较为明显,可以有效降低焊接后的变形及其应力。     

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.     

T型板单双面焊接结构的残余应力与变形研究

针对T型板单、双面焊接的焊后残余应力与变形问题,本文建立了这两种焊接结构的有限元模型,利用热弹塑性分析理论,通过SYSWELD分析比较了它们的应力场和变形。结果表明:焊缝热影响区出现最大残余拉应力,单面焊的最大残余拉应力值比双面焊低约200 MPa。单面焊T型板的最大变形发生在腹板顶部,变形值是0.372 mm;双面焊T型板焊后的最大变形发生在翼板,变形值为0.439 mm。     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象，基于SYSWELD有限元分析软件，根据热-弹-塑性理论，建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型，对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算，并进行了试验验证. 模拟结果表明，窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小，不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域，约为130 MPa；靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比，残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致，可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.     

外拘束条件下的不锈钢焊接残余应力变化规律

为了探究外拘束条件下不锈钢焊接接头残余应力的分布规律,采用三维热弹塑性有限单元法,对不同拘束条件下的不锈钢焊接过程进行了分析。结果显示,施加不同的拘束条件,平板试样焊后焊接结构的残余应力大小和分布不同。约束底面四点的拘束条件能较好地模拟平板在自由状态下的焊接情况,约束焊接件侧面将显著增大焊接结构的残余应力,通过统一夹具垫板与焊接件为多体耦合模型,发现完全可以反映平板焊接过程中夹具与被焊件的相互作用并有效减小残余应力。     

碳钢与304不锈钢焊接残余应力的计算

采用弹塑性有限元法计算了Q235碳钢与304不锈钢的焊接温度场和焊接残余应力,计算结果表明,由于二者物理性能的差异造成了焊接温度场和残余应力分布的不均匀,焊接残余应力的峰值出现在304不锈钢一侧,其值略低于304不锈钢的屈服强度.当焊接热源偏向Q235钢时,焊接残余应力峰值变化较小,但高应力区减小,焊接变形明显减小,当焊接热源偏向304不锈钢时结果相反.当焊接热输入增大时会导致焊后高应力区范围的扩大,残余应力的峰值略有降低.采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接接头上表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好.     

压力容器六接管焊接工序对温度场、残余应力场及变形的影响

利用ANSYS有限元模拟软件和热弹塑性理论,对六接管压力容器筒体与接管处马鞍形焊缝进行数值模拟,研究接管焊接工序对焊接温度场、残余应力场及变形的影响,从而为实际生产提供参考依据。结果表明,依次对称焊完接管后的残余应力与残余变形的峰值均小于同时对称焊2个接管,同时热处理使得焊缝的残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

不锈钢地铁车顶典型焊接接头有限元分析

针对不锈钢地铁车顶结构中的四种类型MAG焊典型焊接接头进行试验和有限元模拟分析。基于热-力完全耦合理论和热弹塑性有限元方法,利用大型有限元分析软件ABAQUS求解焊接过程中和焊后的温度及应力,模拟研究不锈钢地铁车顶典型焊接接头的温度场、应力场的演化行为以及残余应力的分布规律,并进行相应的焊接试验。结果表明:熔池计算结果与试验结果吻合良好;平板对接形式的应力分布是不锈钢车顶各类典型接头应力分布的本质形式;对于T型接头和卷边接头形式,竖板的应力分布不同。该有限元分析为不锈钢地铁车顶焊接制造提供了参考。     

地板结构焊接过程有限元分析及 工序优化

在轨道车辆铝合金车体中,地板是典型的铝合金挤压型材拼焊结构,其焊后易产生较大的残余应力,并伴随鼓包、扭曲等焊接变形,增大了车体各组件之间的装配难度,降低地板承载能力。首先通过建立基于"热弹塑性法"的热-力耦合有限元模型并进行计算,获得了地板结构焊后残余应力场以及焊接变形的分布。随后将残余应力的模拟结果与试验结果进行对比,发现模拟与试验结果变化趋势具有一致性,验证了所建模型的准确性。最后,针对地板结构不同的焊接顺序进行了仿真对比分析,得到了焊接变形和残余应力最小的焊接方案,为焊接实践提供指导。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20093070搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展/鄢东洋…//焊接.-2009(1):19~24,40搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。图6参4120093071薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制/李光…//焊接.-2009(1):29~32搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低...     

基于ANSYS的焊接方法对焊接应力的影响研究

依据ANSYS弹塑性有限元理论对四种不同焊接方法下对接平板的焊接过程进行了数值模拟,确定了堆焊薄板焊后的残余应力和焊接变形分布,并对结果进行了分析比较。发现除直通焊外,其他三种焊接方法下焊后横向残余应力都存在正负反复波动,这主要是由焊接过程中温度分布不同和焊缝及近缝区的横向收缩引起的。研究方法和结果对合理的选择焊接方法、控制和预测焊接残余应力和变形提供参考。     

压力容器接管焊接残余应力及变形的数值模拟研究

以含有六个接管的1000MW级压水堆核电站反应堆压力容器中筒体与接管连接处马鞍形焊缝为研究对象,利用热弹塑性有限元数值模拟方法详细研究了不同焊接线能量下马鞍形焊接接头处温度场、残余应力场以及变形的大小和分布情况,并在焊后将构件进行高温回火处理,即整体加热到610℃保温3 h后空冷。结果表明,在满足焊接的条件下,2.57 kJ/mm的线能量焊后焊接残余应力和变形均小于线能量为2.75和2.89kJ/mm焊后,焊后热处理使得焊接残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头残余应力研究

对地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊和熔化极活性气体保护焊(MAG)焊接接头的残余应力进行了X射线衍射测试分析.测试结果表明:激光焊和MAG焊接头均存在较大值的残余拉应力,残余应力分布趋势相同.激光焊接头残余应力峰值低于MAG焊接头残余应力峰值,这是由于激光焊热输入量较小,对母材热影响较小,母材塑性压缩效应低造成的.     

地铁转向架构架脉冲MAG焊工艺及数值模拟

文中以地铁转向架构架中典型T形接头为研究对象,选用高频脉冲MAG焊和常规脉冲MAG焊方法,使用合理的焊接工艺参数对12 mm厚S355J2W耐候钢进行焊接。用Sysweld数值模拟软件,采用热弹塑性法顺序耦合的方式对T形接头进行温度场、应力场仿真分析,并对接头焊趾处的残余应力进行了测试。结果表明：与常规脉冲MAG焊相比,高频脉冲MAG焊接头具有峰值温度较高、冷却速度更快的热循环特征;无论是高频脉冲MAG焊还是常规脉冲MAG焊,残余应力最大值均在焊缝区,且随着焊缝距离逐渐增大,残余应力逐渐减小并趋于零,高频脉冲MAG焊焊趾处最高残余应力实测值比常规脉冲MAG焊时的减小13.7%(数值模拟的减小约20.1%)。残余应力实测结果与模拟仿真结果基本吻合,验证了数值模拟结果的准确性和可靠性。     

外力作用下输电铁塔角钢搭接焊件应力与变形的数值分析

依据热弹塑性理论,建立了铁塔角钢搭接焊件应力及变形的有限元数值分析模型。考虑焊接残余应力与变形的影响,利用ANSYS有限元软件对不同外力作用下输电铁塔用Q345角钢搭接焊件的应力场和变形进行了模拟计算,分析了两者的分布特征,并与未搭接角钢的变形及应力进行了比较。结果表明,外力作用下,角钢搭接焊接件应力分布特征及应力值与焊接残余应力相近,而其变形仅为未搭接铁塔角钢的1/3,表明采用角钢搭接加固处理后铁塔抗变形能力增强,刚度显著提高。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

铝合金MIG焊L形接头的有限元分析及试验验证

以12 mm厚轨道车辆用铝合金板多层多道MIG焊为研究对象,采用热弹塑性有限元分析和试验验证的方法进行研究。采用更符合实际工况的边界条件简化方法,建立了L形接头单边V形坡口的有限元模形,模拟并分析了L形接头焊接过程中的温度场、应力场和焊接变形,发现有限元法可准确模拟多道焊的热积累效应,预测焊接构件的残余应力和变形分布;同时开展了L形接头多层多道MIG焊试验,并采用盲孔法测量焊后残余应力,对比模拟和实测结果发现,模拟和实测的残余应力在变化趋势和峰值上吻合良好,验证了数值模拟模形的准确性。     

多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟

为了减小薄板结构的焊接变形,基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟,并进行了试验验证. 结果表明,焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好,多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态,而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值,有利于减小熔池的前方压缩塑性应变,进而减小薄板结构的焊接变形.