薄板结构焊接残余应力的数值分析

运用有限元方法,对大型客车车身薄板结构焊接时采用的电铆焊、连续焊、断续焊及塞焊的残余应力进行了热-弹塑性数值模拟.分析了连续焊缝、电铆焊和塞焊残余应力分布特点.结果表明,电铆焊、塞焊、断续焊所产生的应力场为波浪起伏的不均匀拉应力,不会造成薄板结构的失稳变形.而连续焊时焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力,此压应力造成薄板结构的失稳变形.模拟结果为薄板结构焊后失稳变形的评判提供了理论参考.     

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.     

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.     

LF6铝合金薄板平面内环焊缝焊接应力与变形的数值模拟

从力学角度出发,以LF6铝合金薄板平面内环焊缝的焊接为例,对其焊接残余应力和变形的特点进行了探讨。采用非线性有限元技术,对常规焊接条件下温度场和应力场进行了模拟,结合弹性稳定性理论对环焊缝焊接产生的特殊变形规律进行了研究。数值模拟结果表明,在环焊缝焊接过程中形成了与常规对接焊完全不同的焊接热循环过程,残余应力状态复杂;焊缝外侧的压应力超过了失稳变形极限,造成了铝合金薄板的失稳变形。     

TC4薄板随焊旋转挤压工艺

薄板钛合金由于在焊后存在较大的残余压应力,使得其易发生失稳变形.采用随焊旋转挤压方式,对焊缝高温部位进行塑性延展,减少焊接时所发生的塑性收缩量,降低残余压应力的值,从而降低焊接变形量.采用拉伸试验、拉伸断口SEM分析和焊后薄板的变形挠度的测量等试验.结果表明,随焊旋转挤压焊件的变形挠度可以下降到常规焊件挠度的2/3,并且随着加载应力的增加,变形的挠度可以进一步下降.说明在焊接过程中采用随焊旋转挤压方式控制薄板TC4失稳变形是可行的.     

随焊冲击旋转挤压控制TC4薄板焊接失稳变形工艺

薄板钛合金在焊后存在较大的残余压应力,使其发生失稳变形,很多情况下,结构不能满足设计要求,必须采取措施减少失稳变形.文中采用随焊冲击旋转挤压的方式,对焊接过程中尚处于较高温度的焊缝部位进行塑性延展,减少焊接时发生的塑性收缩量,降低残余压应力的值,从而减少焊接变形量.对焊后薄板的变形挠度和残余应力进行了测量,变形挠度下降...     

薄板T型焊残余应力数值模拟与试验研究

基于ABAQUS计算软件建立了薄板T型焊的三维有限元模型,采用Goldak双椭球移动热源模型,运用热-弹-塑性力学的顺序耦合计算方法模拟得到薄板T型焊的焊接残余应力、温度场及变形。为了验证数值计算方法的有效性,进行了Q235钢薄板T型双边焊接试验,采取通孔法测量了焊件给定测点的残余应力。结果表明:数值模拟得到的焊接残余应力峰值大小和分布规律与试验结果吻合较好。     

基于三维光学测量技术和轮廓法测量焊接接头残余应力

采用三维光学测量技术(OM)以及传统的三坐标测量技术(CMM)结合轮廓法来测量Q345R钢板开X型坡口MAG四道焊后的内部纵向残余应力。实验过程中首先采用慢走丝线切割切割焊件,然后分别利用OM和CMM测量焊件由于残余应力释放而产生的变形轮廓,再将变形轮廓去噪拟合后加载到有限元模型上,通过弹性计算即可得到焊件内部的纵向残余应力分布云图,最后将轮廓法测试的焊接残余应力结果和热弹塑性三维有限元计算结果进行比较分析。结果表明:基于三维光学测量技术的轮廓法能够高效准确地测量焊件横截面上的纵向残余应力,其应力计算结果和利用传统的CMM测量的轮廓数据的应力计算结果在整个截面上保持了较大的一致性,并且所得到的焊件内部应力能够在分布趋势和数值上反映实际焊接结构件的内部应力分布状况。     

大型客车侧墙薄板结构焊接变形的数值模拟

铁路客车侧墙薄板结构的焊接变形主要是焊后失稳变形,通过选择包括连续焊、电铆焊、断续焊和塞焊代表性的区域,利用热-弹塑性数值模拟与解析法相结合的方法,计算薄板结构的焊后失稳变形.结果表明,横向加强筋和纵向加强筋与薄板连接时所采用的断续焊和塞焊工艺是产生薄板失稳变形的主要原因.薄板自由边的存在明显降低失稳载荷,增大失稳变形量.对焊接变形进行了实地测量,模拟结果与测量结果相吻合,说明数值模拟具有可靠性.     

考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.     

薄板焊接失稳变形的简化模型及其应用

提出了基于固有应变对接薄板失稳分析的基本方程.通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小.对不同焊接工艺条件下的低碳钢薄板对接焊变形进行了研究,比较了数值分析与试验测量结果,并且数值计算考虑了薄板不平整度的影响.最后,使用该简化的方法对有加强筋板分段结构的焊接变形进行预测.研究表明,基于固有应变等效载荷的失稳变形计算方法是简单、有效的.     

Predictive analysis of buckling distortion of thin-plate welded structures

The welding buckling distortions of thin-plated structures were investigated based on finite element methods.An engineering treatment method for predicating the buckling distortion was proposed.The equivalent applied thermal-load was used to simulate the welding residual stress,thus the calculation of complex welding distortion can be transformed into 3D elastic structural applied-load analyses,which can reduce the quantities of calculating work effectively.The validation of the method was verified by comparison of the numerical calculation with experimental results.The prediction of buckling distortion for side-walled structures of passenger train was performed and the calculation was in agreement with measuring results in general.It is shown that the main factors for producing the buckling are the intermittent fillet and plug weld during welding general.It is shown that the main foactors for groducing the buckling are the intermittent fillet and plug weld during welding the stiffened beams and columns to the panel.     

板料焊接屈曲变形测量

板料屈曲变形在焊接工艺中不可避免且难以控制矫正,采用先进的测量手段获得焊接屈曲变形规律进而揭示变形机理是目前研究焊接变形的难点问题.文中拟采用一种基于数字图像相关法的非接触测量方法获取板料焊接屈曲变形的全场全过程变形状态.首先,提出了一种针对弱相关和大变形的对应点匹配算法;其次,建立试验平台并利用DIC测量系统对平板堆焊变形进行测量;最后,在平板堆焊试验的基础上,通过分析变形数据,揭示屈曲变形规律.结果表明,低碳钢在板料焊接与冷却过程中均发生屈曲变形,分别呈碟形与马鞍形;板料焊接产生的应变主要分布在焊缝周围;焊缝纵向收缩是引起板料塑性屈曲变形的主要原因.板料焊接屈曲变形规律试验不仅能验证焊接变形预测有限元理论,而且对焊接矫正方法提供依据和思路,同时对板料焊接工艺的发展具有积极的促进和指导作用.     

STUDY ON THE PREDICTIVE METHOD OF BUCKLING DEFORMATIONS OF THIN-PLATE WELDED STRUCTURES

1.IntroductionBucklingdistortionsduringweldingareanimportantproblemthatshouldberesolVedintheacctiratelymanufactdringprocessoflarge--scalethin--Platedstmctures.Thoughmuchprogresshasbeenmadeinthenumericalsimulationofweldingstressandd.fo~i..['J,thereareafewinvestigationsrelatedtothenumericalanalysisofbucklingdistortioninthinPlateweldedstmctures.Thisproblemofweldingbucklingdistortionisdifferentfromthecalculationofconventionalweldingthermalelastic--plasticstressandstrainproblems,itinvolVesinlarge…     

Influence of thickness of flange plate on the reduction of angular distortion by welding with trailing reverse-side flame line

In manufacturing of the steel bridge, fillet welded T-joint is widely used and angular distortion is often generated. So, reduction or control of angular distortion without additional processes to welding is strongly demanded because it takes great time and effort to correct the angular distortion. In this study, the effectiveness of welding with trailing reverse-side flame line heating for preventing angular distortion was investigated through the welding experiment and numerical simulation in submerged arc welding of fillet T-joint with three different thick flange plate. First, the heat source models for numerical analysis of both submerged arc welding and flame line heating were constructed based on the comparison with the measured temperature histories and angular distortion. And then, these heat source models were used in combination with various kinds of distance between two heat sources to make clear the appropriate distance condition for smallest angular distortion was 150 mm, and it does not depend on thickness of flange plate. It was also confirmed that the experimental angular distortions were in good agreement with those calculated. With a focus on the influence of thickness of flange plate, the reduction of angular distortion by welding with trailing reverse-side flame line heating becomes smaller with increasing thickness of flange plate. However, angular distortion could be adequately prevented under the appropriate flame line heating condition in either thickness of flange plate because the welding-induced angular distortion also becomes smaller with increasing thickness of flange plate. Thus, it was concluded that welding with trailing reverse-side flame line heating could be useful for preventing angular distortion of fillet T-joint, which is a component of steel bridge, enough not to correct it after welding.     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.     

在线测量薄板焊缝区的变形

针对薄板在堆焊过程中焊缝区发生较大塑性变形的问题,提出一种基于数字图像弱相关技术的光学非接触在线测量焊接变形的方法,在焊接及冷却过程对焊缝区域全场及关键点的变形状态进行跟踪测量,获取变形规律.对Q235薄板进行钨极惰性气体保护焊（TIG）堆焊试验,结果表明,垂直于薄板方向上的变形量远大于其余两个方向;薄板焊缝区在焊接过程中先呈凸起状,逐渐冷却后呈马鞍状;薄板焊缝关键点及焊缝区的面外变形量随焊接电流的增大而明显增大.此方法对验证薄板焊接变形的数值模拟预测和揭示焊接变形机理等具有重要的指导意义.     

基于FEA的插管结构焊接变形规律分析

为了明确插管结构的焊接变形规律，利用有限元分析软件MSC.Marc，考虑材料非线性和几何非线性，建立了热弹塑性有限元模型，应用生死单元法分别模拟了两个插管与壳板的焊接过程.结果表明，插管发生鼓胀变形，并伴有轴线的偏移；焊缝附近的壳板发生翘曲变形，壳板其余位置刚度较小处发生较大的下塌变形.在插管结构的有限元模拟之前，通过平板对接试验与相应模型的有限元模拟对比，从特征节点的热过程、特征节点的焊接残余应力和焊后角变形三个方面论证了有限元模型及相关输入参数的合理性.     

铝合金5A12钨极氩弧焊板外变形的试验研究

通过自行研制的动态变形测量系统,对焊接过程板外变形进行实时测量.研究钨极氩弧焊接过程中,不同焊接条件下铝合金5A12板外变形动态过程及最终残余变形形态.分析板外变形动态过程及最终残余变形的产生机制及影响因素.结果表明,试板厚度和焊接热输入对焊接板外变形动态过程及最终残余变形有很重要的影响.残余板外变形分为,拱形、波浪形、碗形3种形态.