镁合金圆筒舱体DE-GMAW焊接数值模拟

为了研究AZ31B镁合金焊接接头残余应力分布规律,采用MSC.mar软件对直径200 mm,厚度6 mm的镁合金圆筒舱体环焊缝进行双电极气体保护焊（DE-GMAW）焊接温度场、应力场及残余应力的数值模拟.结果表明,焊缝及热影响区残余应力较大,远离焊缝中心处的残余应力随着距离增加而逐渐减小,除焊缝内外表面外,大部分区域的纵向残余应力大于横向残余应力,这为研究控制镁合金焊接残余应力提供了重要的理论支撑.     

填充材料对Q345/2Cr13异种钢焊接影响的数值模拟

基于焊接数值模拟专用软件SYSWELD,针对Q345/2Cr13异种钢在不通填充材料下焊接的温度场和应力场进行了数值模拟计算.结果表明,不同填充材料对异种钢焊接的温度场变化影响不明显,对残余应力分布影响较大,并实测焊接热循环曲线得到的数据与模拟结果基本一致.     

S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力

采用激光-MIG(metal inert gas welding, MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接，分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律. 建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球 + 三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布，采用SYSWELD软件计算了1.0，1.5，2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力，分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响. 结果表明，三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone, CGHAZ)的组织为马氏体，接头的硬度水平较高，最高硬度均在350 HV以上. 焊接速度增加，熔池最高温度下降，焊后冷却速度增加. 等效残余应力水平较高，HAZ位置出现了应力集中；随着焊接速度增加，等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升；但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时，各应力分量的拉应力峰值上升较少，而压应力峰值显著上升.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力分析

采用冲击压痕法,对激光-氩弧复合热源焊接镁合金AZ31B焊缝的残余应力进行了测量,分别测量了300mm长镁合金的焊接接头沿焊缝方向和垂直焊缝方向上的残余应力.在此基础上运用有限元分析软件建立了相应的残余应力场,补充和完善了实际测量的数据.在焊缝中间区域得到垂直于焊缝方向上的最大残余应力在200～300MPa之间;在距焊接接头的中5～10 mm处得到最大压应力值,一般小于100MPa.通过对实际测量和模拟数据的综合分析,基本掌握了激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力的分布规律和特征.     

P92/IN625异种钢焊接残余应力数值模拟

为研究P92/IN625异种钢焊接接头的残余应力分布特征,基于焊接专用有限元模拟软件SYSWELD,开发了考虑材料固态相变和加工硬化因素的"热-冶金-力学"耦合的有限元计算方法。利用所开发的计算方法,对P92/IN625异种钢对接接头的焊接温度场和残余应力分布进行模拟,并将残余应力模拟结果与文献中获取的中子衍射法和深孔法试验数据进行对比。研究结果表明,轴向和周向的残余应力的计算结果都与试验值比较吻合,验证所开发的有限元计算方法的合理性。     

水环境中异种钢焊接过程数值模拟

利用SYSWELD有限元软件、采用双椭球热源模型,模拟了Q345/304异种钢平板焊接在空气环境和水环境中的焊接过程温度场和残余应力场,得到了不同时刻水环境和空气环境中工件的焊接温度场分布和节点的温度变化曲线、试件冷却后的焊接线残余应力场分布曲线。对比分析了异种钢焊接在水环境与空气环境中的差异。模拟结果表明,不论在水环境还是在空气环境中不锈钢一侧的加热速度和散热速度都要小于低合金钢一侧,水环境中焊接试件的焊接线上的热循环曲线覆盖面积明显比空气环境中的试件小,焊接线上的残余应力要大于空气环境中的焊接试件。     

铝合金LB-VPPA复合焊接残余应力场预测

针对双高能束激光-变极性等离子弧(LB-VPPA)复合焊接热源,基于SYSWELD软件热源模型二次开发功能,在理论分析LB-VPPA复合焊接热源电弧形态的基础上,建立了“双椭球体+三维锥体+圆柱体”热源模型,通过正、反极性不同特性热源模型的循环加载,准确计算出了LB-VPPA复合焊接温度场. 根据热弹塑性理论对相应节点应力的瞬时演变及焊后残余应力分布进行了数值计算,并通过实际焊接工艺试验获得的焊缝截面及残余应力的实际测量,验证了数值计算的准确性. 通过分析对比10 mm厚5A03铝合金VPPA焊和LB-VPPA复合焊接残余应力场发现,LB-VPPA复合焊由于能量更加集中,高温区更为密集,虽然最大纵向残余应力相对较大,但呈最大残余拉应力的区域面积较VPPA焊小. 研究结果对铝合金LB-VPPA复合焊接工艺的研究及实际应用具有一定的指导意义.     

厚板镁合金MIG焊焊接残余应力场的数值模拟

依据镁合金焊接特点,针对10 mm厚AZ40M镁合金制订合理焊接工艺.在进行温度场与残余应力的有限元模拟分析中,考虑材料物理性能参数随温度的非线性变化,采用生死单元技术及双椭球移动热源模拟焊接过程,用间接法进行耦合计算.计算结果表明:热源经过的焊缝部分温度达到材料熔点,升温降温快,远离焊缝部分温度梯度小.焊后横向最大压应力在焊缝两端,最大拉应力在距焊缝中心线30 mm处;纵向最大拉应力在距焊缝中心线15～35 mm处,最大压应力在距焊缝中心线45～70 mm处.对最大残余应力区域的关键点进行分析测量验证,测量结果与计算结果相符,得到的残余应力循环曲线与实际理论相符.     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

AZ31B/Q235激光诱导电弧填丝焊连接界面分析

利用激光诱导TIG电弧复合热源,通过添加AZ61镁合金焊丝,开展了1.6 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚Q235低碳钢板材对接焊研究.分别采用扫描电镜、电子探针、万能拉伸试验机、金相显微镜等仪器进行分析测试.结果表明,采用激光诱导电弧双面填丝焊接工艺,能够获得成形美观、连续的焊缝,焊接接头平均抗拉载荷为3.13 kN.连接界面包括两部分:镁与钢的对接界面为熔化焊接,主要以界面元素扩散为主;远离对接面的接头上下界面为镁合金在钢基体的润湿铺展连接.焊接接头断裂路径表明,连接界面发生的元素扩散是实现镁合金与钢高性能连接的关键.     

纯铜作中间层的镁合金与不锈钢扩散-钎焊接头区的微观结构特征(英文)

以纯铜作中间层采用一种新型的两步式扩散-钎焊方法对AZ31镁合金和304L奥氏体不锈钢进行连接。304L与铜的固态扩散连接在850℃下进行20min,随后与镁合金在520℃和495℃进行不同时间的钎焊。对扩散-钎焊接头区的微观结构特征进行研究。在铜与304L钢之间形成没有缺陷存在的Fe-Cu扩散界面。在AZ31和铜之间形成Cu-Mg反应物。在接头处出现包含AZ31/Cu-Mg化合物/Cu/Fe-Cu扩散层/304L的层状结构。随着时间的延长,铜层的宽度降低,而Cu-Mg化合物层的宽度增加。形成的Mg-Cu化合物使AZ31和铜层之间的区域出现显微硬度的峰值。     

不同退火条件下304L不锈钢埋弧焊接头组织及性能分析

采用埋弧焊方法,进行了304L不锈钢厚板的对接试验研究.通过对焊接接头处的组织观察,并结合焊接接头的-196 ℃冲击韧性以及不同退火条件下残余应力测试,分析了埋弧焊304L不锈钢焊接接头组织和性能. 结果表明,热影响区组织为奥氏体,焊缝区则为奥氏体与少量的铁素体的复相组织;采用残余应力盲孔释放测量方法对焊接接头进行测试,随着退火温度的升高,焊缝及热影响区的残余应力得到进一步的释放;冲击试验中,热影响区-196 ℃冲击吸收能量随退火温度的升高急剧下降,焊缝区-196 ℃冲击吸收能量则呈平稳下降趋势.     

添加铜填充层的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接过程中的温度与应力场(英文)

采用铜填充金属对Ti-15-3钛合金与304不锈钢进行电子束焊接,对Ti/Fe和Ti/Cu/Fe接头在焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟和试验测量。结果表明,高斯旋转体热源适用于电子束焊接过程的模拟。温度场对于焊缝中心呈非对称分布,钛侧的温度高于不锈钢侧的。热应力同样呈非对称分布,残余拉应力主要存在于不锈钢侧。铜填充金属的加入,降低了焊接过程中的峰值温度、温度梯度以及残余应力,纵向和横向残余拉应力分别降低了66MPa和31MPa。从温度场和应力场的角度可以看出,铜合金是一种较好的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接的填充金属材料。     

镁/钢异种合金激光深熔钎焊工艺特性

以AZ31镁合金和Q235钢为研究对象,采用激光深熔钎焊的方法进行工艺试验,获得了具有熔焊和钎焊双重性能的复合型接头.同时,利用光学显微镜、扫描电镜和拉申试验机对焊接接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,在接头界面的上部,液态镁合金对碳钢产生部分溶蚀作用,导致碳钢微量熔化;在接头界面的中下部,未见碳钢的熔化,熔...     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

Microstructure and Mechanical Properties of Plasma Arc Brazed AISI 304L Stainless Steel and Galvanized Steel Plates

Plasma arc brazing is used to join the AISI 304L stainless steel and galvanized steel plate butt joints with the CuSi3Mn1 filler wire. The effect of parameters on weld surface appearance, interfacial microstructure, and composition distribution in the joint was studied. The microhardness and mechanical tests were conducted to determine the mechanical properties of the welded specimens. The results indicated that good appearance, bead shape, and sufficient metallurgical bonding could be obtained when the brazing process was performed with a wire feeding speed of 0.8 m/min, plasma gas flow rate of 3.0 l/min, welding current of 100 A, and welding speed of 27 cm/min. During plasma arc brazing process, the top corner of the stainless steel and galvanized steel plate were heated and melted, and the melted quantity of stainless steel was much more than that of the galvanized steel due to the thermal conductivity coefficient difference between the dissimilar materials. The microhardness test results shows that the microhardness value gradually increased from the side of the galvanized steel to the stainless steel in the joint, and it is good for improving the mechanical properties of joint. The tensile strength was a little higher than that of the brazing filler, and the fracture position of weld joint was at the base metal of galvanized steel plate.     

Wettability,microstructure and properties of 6061 aluminum alloy/304 stainless steel butt joint achieved by laser-metal inert-gas hybrid welding-brazing

Laser-metal inert-gas (MIG) hybrid welding-brazing was applied to the butt joint of 6061-T6 aluminum alloy and 304 stainless steel. The microstructure and mechanical properties of the joint were studied. An excellent joint-section shape was achieved from good wettability on both sides of the stainless steel. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy and X-ray diffractometry indicated an intermetallic compound (IMC) layer at the 6061-T6/304 interface. The IMC thickness was controlled to be ～2 μm, which was attributed to the advantage of the laser-MIG hybrid method. Fe₃Al dominated in the IMC layer at the interface between the stainless steel and the back reinforcement. The IMC layer in the remaining regions consisted mainly of Fe₄Al₁₃. A thinner IMC layer and better wettability on both sides of the stainless steel were obtained, because of the optimized energy distribution from a combination of a laser beam with a MIG arc. The average tensile strength of the joint with reinforcement using laser-MIG hybrid process was improved to be 174 MPa (60% of the 6061-T6 tensile strength), which was significantly higher than that of the joint by traditional MIG process.     

镁和钢搅拌摩擦焊接头组织分析

采用搅拌摩擦焊对镁合金(AZ31B)和钢(Q235)异种材料进行焊接,通过优化工艺参数获得最佳成形接头,并采用光学显微镜对接头显微组织进行观察,通过SEM沿板厚方向分析焊核与钢侧界面不同位置的微观形态.结果表明,镁/钢连接紧密,焊核勺子状区与镁侧分界面明显,晶粒较母材晶粒明显长大;钢侧热力影响区受机械和热的复合作用,组织不均匀,既有等轴晶组织也有条状组织,镁侧热力影响区不明显;镁热影响区晶粒粗化较钢侧严重.接头横截面钢侧显微硬度距离焊核越近硬度值越高,焊核硬度分布不均,局部区域硬度很高,最高为324.7 MPa,镁侧硬度值较均匀.