焊接应用——焊接结构与设计

针对不锈钢焊接建立的专家系统。可对各类不锈钢按照不同的焊接方法进行焊接性分析,焊接人员可方便地查询到分析结果,同时还可以对系统提供的焊接性分析结果进行浏览、修改、添加、删除。焊接性分析可以为后续的焊接工艺设计打下良好的基础。     

不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计专家系统

针对不锈钢焊接建立的专家系统,可对各类不锈钢按照不同的焊接方法进行焊接性分析,焊接人员可方便地查询到分析结果,同时还可以对系统提供的焊接性分析结果进行浏览、修改、添加、删除.焊接性分析可以为后续的焊接工艺设计打下良好的基础.焊接工艺设计采用正向推理机制,根据焊接方法、母材及其厚度等条件推理出焊接所需的焊接工艺参数,最后生成工艺指导书.系统不但可以针对不同的焊接方法和待焊母材进行工艺查询,还可以针对设计日期和工艺编号进行工艺查询,而且具有修改、删除和添加焊接工艺参数的功能.     

焊接角度对焊接结构疲劳性能的影响

采用有限元法研究平焊焊接的焊接角度对焊接结构连接件应力分布的影响,进而采用名义应力法分析其对结构疲劳性能的影响.结果发现,采用平焊工艺时,焊接角越大,应力集中越严重,焊接件的疲劳性能越差.焊接件疲劳寿命与焊接角之间呈现出指数衰减关系.     

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。     

超声波塑料焊接机理

采用数值仿真和试验研究了超声波塑料焊接过程中不同特征温度段的产热机理.利用有限元法(FEM)对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料超声波焊接过程中的粘弹性热以及摩擦热进行了计算.基于计算结果,提出了摩擦热是焊接过程的启动热源,粘弹热是焊接过程主要热源的观点.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果验证了仿真结果的正确性.对焊接过程中的产热机理给出了更清晰的解释,有助于超声波塑料焊接技术进一步在精密焊接领域的应用.     

焊接顺序对筒节焊接质量的影响

运用有限元模拟分析方法,通过改变筒节焊接顺序来研究筒节焊接变形和残余应力的分布规律.结果表明,焊接顺序改变对温度场影响不大,但对筒节焊接之后的变形量和残余应力有一定影响,尤其是焊接变形量和焊缝横向残余应力变化较大,将给筒节后续加工带来困难.根据分析结果,选定了合理的筒节焊接顺序.     

焊接过程信息定量分析

研发了一种具有弧焊专家知识库支持的焊接过程信息分析平台,通过对焊接过程电流电压的记录,并与焊接速度、焊接材料、送丝速度等信息集成,为用户提供焊接过程任何时段(或整个过程)的统计分析结果,包括焊接工艺的稳定性,焊接材料的工艺性、焊接电源的动态特性以及各因素对焊接制造质量的影响。使用户在人机交互环境下对焊接过程各种特征量实现可分析、可对比、可评估。     

焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响

为了研究焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响,建立了摩擦塞焊焊接的产热模型,并进行摩擦塞焊焊接工艺试验。通过理论分析得出焊接过程中的产热量与焊接参数的关系,试验对理论分析结果进行验证,并深入探讨焊接参数对焊接区域温度场的影响。结果表明:焊接进给速度的改变影响焊接过程中的焊接压力大小,从而影响摩擦塞焊焊接初始阶段的产热,进而影响焊接区域温度场;较高的焊接转速提高摩擦界面材料的升温速率,提高材料塑化,避免焊接缺陷;应选择适当的焊接摩擦时间,尽量匹配较高的转速以缩短焊接摩擦时间。     

焊接电流对压平缝焊焊接头未熔合尺寸的影响

通过对压平缝焊焊接接头的变形及焊接热平衡进行分析，研究了焊接电流对未熔合尺寸的影响；其计算结果与试验结果相一致。     

考虑焊接顺序的电力机车枕梁焊接变形预测

根据枕梁实际建造工艺,利用基于固有应变理论为基础的焊接变形分析系统软件Weld-Sta对电力机车枕梁的焊接变形进行计算. 首先采用分步装焊模拟法,单独建立每一步的有限元模型,并设置相对应的焊缝,然后对每一步的焊接变形进行单独计算,再将各步结果进行叠加得到最终变形结果. 然后采用整体同时焊接模拟法,一次性计算整个模型的所有焊缝同时焊接后的变形,最后将两种方法的最终变形结果与实测数据进行比较. 结果表明,考虑分步焊接的方法更接近实测数据,从而验证了该方法的可靠性,为枕梁建造工艺的设计提供了理论指导.     

焊接工艺对IGBT模块焊接空洞率的影响

焊接是绝缘栅双极晶体管IGBT模块封装中最关键的工艺,焊接质量直接影响到IGBT模块的可靠性和使用寿命。文中研究了焊接工艺对IGBT模块焊接空洞率的影响。结果发现,真空焊接能够大量减少空洞率和空洞数量;在同一焊接温度时,增加抽真空的操作可以降低空洞率;在相同的抽真空时间下,增加抽真空次数的空洞率下降效果明显比单纯延长抽真空时间要好。另外,提高焊接温度也可以降低焊接空洞率,但是高于一定温度后下降趋势就会变缓,所以选择焊接温度时还应考虑其他因素的限制。该研究结果对提高IGBT模块的焊接质量具有一定的参考意义。     

CT80钢级高频焊接连续油管焊接规范初探

通过宏观、微观金相分析和压扁试验结果对不同焊接规范条件下CT80钢级Φ38.1mm×3.18mm高频焊接连续油管焊接接头试样进行评价,总结了按不同焊接规范生产的产品质量水平和压扁试样断口特征,为评价焊接规范合理性以及确定合理焊接规范提供了依据。     

爆炸焊接三维数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Dytran对爆炸焊接过程进行了三维数值模拟,获得了爆炸焊接过程中速度及界面压力的分布及其大小,并与经验公式的理论计算结果进行了比较.结果表明,爆炸焊接数值模拟的结果与理论计算值基本相符,所建数值模型准确,Dytran可较好的模拟爆炸焊接过程,计算爆炸焊接过程中的压力及速度变化分布,但不能对爆炸焊接过程中的射流及波形特征进行模拟.通过三维数值模拟可方便地了解爆炸焊接过程,对爆炸焊接工艺参数的选择提供参考.     

焊接余高对锥柱耐压结构典型焊接接头残余应力数值的计算影响

锥柱耐压结构属于大型焊接结构,在其焊接部位存在焊接残余应力。焊接完成后,焊缝区域会留有一定的焊接余高,焊接余高对残余应力数值分析结果有着不可忽略的影响,因此有必要针对焊接余高对焊接残余应力的影响进行相关研究。选取高强度钢锥柱耐压结构典型焊接接头试件为研究对象,利用有限元软件ANSYS的APDL语言编写焊接模拟程序,建立考虑焊接余高的有限元模型和不考虑焊接余高的有限元模型,通过比较两种模型计算结果,研究焊接余高对焊接残余应力的影响,并且得到初始焊接残余应力的分布规律;采用X射线无损检测法测量焊缝区表面的残余应力。结果表明:不考虑焊接余高时,数值分析所得应力分布与考虑焊接余高时应力分布存在很大差异,焊接余高对焊接残余应力分布的影响不可忽略。试验的测量结果符合理论和统计结果,与考虑焊接余高时的数值模拟所得结论基本一致。焊接余高的影响对研究焊接残余应力有很重要的意义,并且对后续考虑残余应力影响的疲劳强度计算有着重要的参考价值。     

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.     

焊接自动线和焊接机器人

用于球罐焊接的柔性导轨焊接机器人研究 针对大型球罐焊接的工程实践,开发出系列柔性轨道焊接机器人,实现球罐的全位置多道多层焊接;并针对研制过程中的难点对焊接机器人锁紧机构的设计、在线焊缝轨迹示教、在线全位置焊接参数控制、自主学习开放式专家系统进行详细说明。实践证明,该柔性导轨焊接机器人能够较好地完成复杂工件的多种焊缝的现场焊接,尤其是球罐全位置焊接的工艺要求。     

焊接自动线和焊接机器人

用于球罐焊接的柔性导轨焊接机器人研究 针对大型球罐焊接的工程实践,开发出系列柔性轨道焊接机器人,实现球罐的全位置多道多层焊接;并针对研制过程中的难点对焊接机器人锁紧机构的设计、在线焊缝轨迹示教、在线全位置焊接参数控制、自主学习开放式专家系统进行详细说明。实践证明,该柔性导轨焊接机器人能够较好地完成复杂工件的多种焊缝的现场焊接,尤其是球罐全位置焊接的工艺要求。     

焊接工艺参数对焊接接头强度的影响研究

应用有限元分析方法,针对平板对接接头横向拉伸试验,打底焊道为高强匹配、填充焊道为低强匹配焊接接头在外载荷作用下的接头强度进行数值模拟和试验研究,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析.结果表明,数值模拟结果和试验结果基本吻合,表明了数值模型的有效性.在此基础之上,对平板对接接头试样进行三维有限元分析和正交试验,分析打底焊道尺寸、坡口角度、对接间隙大小对焊接接头抗拉强度的影响.结果表明:打底焊道厚度对接头抗拉强度的影响最大,这为此类焊接结构焊接工艺的制定提供了可靠的依据.     

铝合金特殊焊接模式的研究

对铝合金汽车储液干燥罐环缝焊接进行了研究，提出了特殊的焊接模式，并对焊接电流及焊接速度进行优化，得出焊接结果。     

焊接变形与基于SYSWELD的焊接力学数值模拟

汽轮机焊接一直受到由于焊接残余应力和变形所导致的产品成本高、生产效率低等问题的困扰,研究焊接残余应力和变形具有重要的工程实际意义.利用SYSWELD有限元软件完全实现了机械、热传导和金属冶金的耦合焊接计算,既考虑晶相转变又考虑了同一时间晶相转变潜热和晶相组织对温度的影响.分析空心叶片的结构特点和焊接变形原因,利用有限元软件SYSWELD对核电空心叶片的焊接进行了实时三维数值模拟,获得了焊接温度场、焊接残余应力分布及变形,并定性分析了模拟计算结果,为核电空心叶片的七段焊接方法提供理论依据.