焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)

提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在"力学熔点"及以下温度冷却收缩受阻产生的;消除焊接残余应力不是产生拉伸塑性应变以减少、抵消和补偿压缩塑性应变,而是将残余弹性应变转变为塑性应变;消除焊接残余应力并不是必须去除固有应变,部分去除或完全不去除固有应变也能完全消除残余应力.提出随焊后热精确控制应力变形焊接法,既可实现无应力焊接和无应力无变形焊接,也可实现适当压应力无变形焊接和较大压应力微变形焊接;并对传统方法与有限元法进行了分析比较.     

关于焊接应力应变问题的再探讨

由于认为焊缝存在加热过程和忽视熔化现象的存在,导致传统观点认为的焊缝存在压缩塑性应变的错误.传统观点尚不能解释液化裂纹出现于熔合线处和裂纹很短的现象,用作者给出的高温应变分布图可很好解释.消除焊接残余应力并不是一定要去除固有应变源,有时不去除固有应变源仍可消除残余应力.消除残余应力的过程实质上都是将残余弹性应变转变为塑性应变的过程.     

关于焊接残余应力形成机制的探讨

分析了关于焊接残余应力形成过程描述的传统观点的局限性和不足,指出材料力学的“截面法”不能用于分析横向残余应力分量。认为在不考虑材科相变的前提下,焊缝金属冷却时收缩受制也是导致焊接残余应力产生的重要原因。虽然残余压缩应变和残余收缩应变在导致焊接残余应力产生的作用方面是等价的,但其机理却有本质的不同,区别二者有利于研究和开发新的焊接残余应力调控技术。对固有应变理论进行了分析和补充,认为应统一到拉伸塑性应变上。用钢板上堆敷锡钎焊焊道的方法,在母材温升值低于塑性应变所需温差的条件下,由盲孔法测得了板上大范围分布的高值残余应力,且因焊道和母材的线膨胀系数差异较大,其应变测试值与环境温度有关。     

应力应变,疲劳与脆断,断裂力学

20091057关于焊接塑性应变的计算与讨论/方洪渊…//焊接学报.-2008,29(7):60~63采用数值模拟的方法计算了平板熔焊对接接头的纵向塑性应变的分布和动态演变过程。就目前学者所提出的焊缝存在的拉伸塑性应变的观点与传统的残余压缩塑性应变理论所存在的分歧,对比了考虑熔化现象和不考虑熔化现象两种情况,分析了焊缝中心和热影响区焊接准稳态时纵向塑性应变的变化规律。结果表明,考虑熔化现象和不考虑熔化现象纵向塑性应变结果基本相同,在焊接加热过程中所产生的压缩塑性应变始终大于冷却过程中所产生的拉伸塑性应变,在考虑熔化现象的情况下,其热影响区也始终处于压缩塑性应变状态,只是在移动热源经过后,其压缩塑性应变值在冷却的过程中有所减小。图8参1020091058焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)/王者昌//焊接学报.-2008,29(7):69~72提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在“力学熔点“及以下温度冷却收缩受阻产生的;消除焊接残余应力不是产生拉伸塑性应变以减少、抵消和补偿压缩塑性应变,而是将残余弹性应变转变为塑性应变;消除焊接残余应力并不是必须去除固有...     

局部外加载荷对TC4焊接纵向残余应力影响的有限元分析

TC4因其优良的力学性能和工艺性能而被广泛地使用,但是由于在焊缝及近缝区的塑性压缩变形导致焊接件中存在绝对值较大的焊接纵向残余压应力和焊接变形,其根本原因在于纵向焊接残余压应力超过了TC4薄板件的临界失稳应力。为了减少焊接变形及其所导致的附加弯矩,采用随焊冲击旋转挤压的方式对焊缝及近缝区进行塑性延展。其中跟随焊接热源移动的外加载荷将对焊接过程中的应力应变过程产生影响。采用有限元方法分析局部外加载荷对焊接残余应力及焊接瞬态应力应变的演化过程的作用,分析结果说明在外加载荷的作用下产生了塑性延展,降低了焊接残余应力,从根本上消除了导致焊接变形的因素。     

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。     

钛合金焊接过程应力应变特点分析

采用有限元分析和试验测试相结合的方法对钛合金薄板钨极氩弧焊的焊接应力应变进行分析.结果表明,在焊接不均匀加热和冷却的综合过程中,熔池金属是在周边已经产生了压缩塑性应变的框架内熔化,并在已经发生了压缩塑性应变的近缝区框架内冷却.焊缝冷却过程中,在"力学熔化"区间,有拉伸塑性应变的卸载过程,但残余状态仍保留了压缩塑性应变.焊缝在冷却、凝固降温过程中,其纵向拉应力的峰值始终低于材料在相应温度下的屈服强度,直至残余状态.     

焊接应力变形原理若干问题的探讨(一)

在焊接加热和冷却过程中,组成焊件的小窄条之间不可能存在完全刚性拘束,端面不可能保持平面,会分别产生凸出和凹进,平截面假设不成立.不用平截面假设也可以得到类似的焊接残余应力分布.焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应变,焊缝和近缝区残余压缩塑性应变分布和大小的传统观点不成立.提出新的近似用熔池最宽处温度分布表示的拉伸塑性应变分布原理图及其相应的计算公式.     

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨

传统的观点认为在焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,而近几年有学者提出焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应力和应变,在焊后焊缝当中不可能存在残余压缩塑性变形,从而对消除残余应力的方法进行了重新论述,为了分析关于焊缝和近缝区纵向残余应力及纵向塑性应变的分布,采用数值模拟的方法对熔焊接头的应力和应变进行了分析和计算,结果表明,焊缝及近缝区存在着纵向残余压缩塑性应变,验证了传统观点的正确性,并就计算结果对有关残余应力与应变的因果关系及相关问题进行了分析和讨论.     

钛合金焊接应力应变的数值模拟

采用数值模拟方法研究在移动热源情况下钛合金焊接应力应变发展过程。研究结果表明:钛合金焊接应力应变发展模式与铝合金和不锈钢等材料不同。无论是在点状加热还是移动热源情况下,在残余状态,钛合金焊缝均处于卸载状态,并未达到拉伸屈服。熔池内的金属是在两侧有压缩塑性应变的框架下熔化的;冷却过程中,焊缝也是在已有的压缩塑性应变的框架下的拉伸,虽然焊缝承受扣伸塑性应变,但不足以完全抵消已产生的压缩塑性应变,残余状态仍为负的不协调应变。     

钛合金带热沉钨极氩弧焊中热沉作用

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了钛合金TC4薄板常规及带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中温度及应力应变的分布,考察了热沉对温度场和应力应变场的影响规律,探讨了使用该技术实现应力和变形控制的机理.结果表明:带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中,紧随热源之后热沉急冷作用使得试件形成马鞍形温度场,而热沉作用部位温度最低.热沉作用部位的急冷收缩对周围金属产生拉伸作用,使得焊缝及近缝区金属升温过程中产生的压缩塑性应变减小,冷却过程中产生的拉伸塑性应变增大,接头中不协调应变减小,残余应力降低.实验测量与有限元模拟结果吻合良好,证实了采用热沉控制应力与变形的有效性和有限元模型的正确性.     

网格尺寸对别克轿车副车架总成焊接变形预测精度的影响

焊接时焊缝及其附近因热膨胀受到周围温度较低金属的拘束，产生大量的压缩塑性应变（简称残余塑变），残余塑变的大小和分布决定了最终的残余应力和变形。副车架的焊接变形对汽车底盘的制造精度和质量有重要的影响。本文用残余塑变法对别克轿车副车架焊接总成时，连接前梁、后梁、左梁和右梁的21条焊缝焊接以后的变形规律进行了有限元建模与分析。计算采用了两种大小的有限元网格尺寸，结果表明，对副车架焊接变形分析，焊缝附近大小为15mm的网格尺寸是合理的。所得焊接变形的有关数据可供焊接工艺设计时的预留变形量、工艺参数以及夹具设计等参考，从而保证底盘件的焊接精度和质量。     

焊接塑性应变演变过程——低碳钢、不锈钢及钛合金塑性应变演变特点及规律

采用数值模拟方法对低碳钢、不锈钢及钛合金3种材料薄板电弧焊接塑性应变演变过程进行了分析.结果表明,在焊接过程中,焊缝及近缝区内无论是纵向塑性应变还是横向塑性应变均为压缩塑性应变,熔池凝固及高温区冷却产生的拉伸卸载不足以完全抵消加热过程产生的压缩塑性应变,最终残留在焊缝及近缝区内的塑性应变仍保持压缩状态,压缩塑性区的宽度明显宽于材料"力学熔化"区宽度.     

关于焊接残余应力消除原理的探讨

介绍了机械拉伸法、温差拉伸法、滚压法和低应力无变形焊接技术消除应和原理的传统观点,认为焊接时焊接时生压缩塑性变形,消除应力的原理在于用拉伸塑性变形抵消、补偿压缩塑性变形。本文提出新的应力应变发展过程,提出焊缝不存在压缩塑性变形,一直受拉伸、熔合线附近处于脆性温度时承受较大的纵向拉伸应变,随着远离熔合线,应变陡降。焊缝消除应力的原理在于用塑性应变减少甚至找消弹性应变,在一般情况下是用拉伸塑性应变减少     

焊接应力场与应变场的计算与讨论

经典的观点认为焊缝存在残余压缩塑性应变,而目前有学者认为焊缝是在冷却的过程中形成的,与加热过程无关,认为焊缝只存在拉伸塑性应变,而不存在压缩塑性应变.针对这一对传统残余塑变理论的质疑,采用有限元方法对薄板熔焊对接接头纵向应力和应变的瞬态变化以及由焊缝中心到母材边缘的纵向应力和应变分布情况进行了计算.结果表明,焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,应力状态为拉应力,由焊缝中心到母材边缘其纵向应力由拉应力转变为压应力,纵向压缩塑性变形量逐渐下降,离焊缝较远受温度场影响较小的母材不产生塑性变形.     

焊接热循环和变形历史相关的A7N01-T6本构关系

建立了与焊接热循环温度和热变形历史相关的铝合金本构关系,利用MSC.MARC二次开发接口和Fortran语言,以塑性变形有限元计算增量理论为基础,开发了适用于焊接过程的材料本构关系用户子程序.采用弹塑性(混合硬化)和蠕变性质(应变软化)描述低温应变硬化特征和高温动态回复及再结晶引起的应变软化特征,不同温度的本构关系形式一致而参数不同.结果表明,焊件的残余应力和应变结果与理论结果吻合良好.与采用理想弹塑性本构关系相比,采用新开发的本构关系,高温应变软化和低温应变硬化导致等效残余应力基本不变,纵向残余压缩塑性应变较大,相应的焊接残余变形也较大.     

钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图

针对焊接冷却过程中是否有卸载发生这一问题展开讨论,采用数值模拟方法研究在移动热源情况下钛合金焊接应力应变发展过程,给出钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图的定量物理描述.结果表明,钛合金焊接冷却过程中有卸载发生;钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图由熔化区、压缩塑性区、拉伸塑性区、卸载区、受压弹性区五部分构成;在力学熔化区等温线内的拉伸塑性区的范围包括焊缝和近缝区,但在残余状态焊缝和近缝区均为卸载区.