铝合金模板焊接变形数值模拟

基于有限元软件SYSWELD,数值模拟铝合金模板结构在不同焊接顺序下的焊接变形,通过对焊接热源、温度场和焊后变形的模拟与试验,验证了模型的可靠性。分析了不同焊接顺序对铝模板结构焊接变形量的影响规律,研究表明,构件在厚度方向(z向)均产生正V形的角变形,由外侧向中心对称焊接的焊后变形量最小,x、z方向最大变形量分别为0.238 mm和1.270 mm。     

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。     

薄板加强筋结构焊接过程的有限元模拟

针对薄板加强筋结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,先对单一T型接头进行数值模拟以验证焊接模拟的合理性,最后对薄板加强筋结构焊接温度场和应力场进行数值模拟。结果表明,T型接头在焊后发生了角变形,最大的变形量位于底板的角点处,大小为5.0 mm,数值模拟与残余应力测试结果表现出很好的一致性;薄板加强筋结构焊后残余应力主要沿着焊缝分布,在远离焊缝处残余应力迅速减小,最大残余应力位于横向筋板与底板焊缝处,大小为329 MPa;薄板加强筋结构焊后最大变形处位于底板的角点处,数值模拟得到的最大变形量为107 mm,实际测量的最大焊接变形量为105mm,数值模拟与实际焊接变形结果较好的吻合。     

列车转向架侧梁焊接应力场数值模拟

利用有限元分析技术建立了列车转向架侧梁箱形焊接结构的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的TIG焊接过程进行了应力场的数值模拟。转向架侧梁焊接仿真结果表明,侧梁上四条焊缝不同层间采用不同的焊接顺序,其残余应力是不同的,随着焊接层数的增加其残余应力逐渐减小,说明选择合理的焊接顺序能够降低焊接结构中的残余应力;焊趾处的应力随时间变化的图形上有12个波峰,分别为焊接12道焊缝时对焊趾处的影响,其最大应力已经远远超过材料的屈服强度,并在冷却的过程中应力逐渐减小。转向架在焊后发生了一定的挠曲变形,主要变形为沿着y方向的变形,最大变形量为12.3 mm,x方向和z方向的变形比y方向的变形小了一个数量级。     

基于数值模拟技术制定汽车结构件的焊接工艺

汽车结构件焊后产生的焊接应力、焊接变形对产品的使用寿命、尺寸精度及零件的后序装配影响很大。通过数值模拟技术可以选择合适的焊接工艺方案,找出焊接应力、焊接变形对结构最有利的焊接工艺,从而使被焊总成的寿命提高、尺寸精度满足要求。文中以典型的汽车底盘件为例,利用数值模拟技术分析不同焊接顺序、焊接方向对结构中焊接应力、焊接变形的影响,并进行了试验验证。通过该项研究找到了一种采用数值分析技术制定汽车结构件焊接工艺的方法,有利于汽车结构件产品开发中设计工艺方案,提高产品开发进度。     

地铁列车车顶结构焊接变形模拟

以地铁列车车顶结构为研究对象,应用数值模拟技术开展其焊接变形的研究。基于分段温度函数法的高效计算方法,建立了该焊接结构的三维有限元模型,得到了其准稳态温度场和焊后变形分布。同时对圆顶结构的实际变形情况进行测量,对模拟结果进行了验证。对比结果证明,模拟结果可以较好地符合实际,其趋势相同,最大变形量误差在20%以内,具有一定的参考性。说明了使用分段温度函数法对大型结构进行模拟具有较高的准确性,也为进一步控制车顶结构的变形提供了方法和依据。     

TC4钛合金圆管焊接工装设计及工艺优化分析

设计了TC4钛合金薄壁圆管的焊接工装,在焊接过程中将薄壁圆筒纵向焊缝分成数段,可以顺利完成纵缝、环缝的焊接;通过数值模拟技术分析了不同焊接顺序对薄壁筒节纵缝TIG焊接残余变形与应力的影响。模拟结果表明,不同焊接顺序焊后残余变形均以厚度方向为主,焊接顺序对降低薄壁圆筒残余变形作用明显。薄壁圆筒焊后残余应力以纵向为主。分段焊缝相连接的区域纵向残余应力出现较大的波动,分段焊缝的数目越多,相应的纵向残余应力值越高。     

桥面钢箱梁结构焊接变形的有限元模拟

针对桥面钢箱梁结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,采用ANSYS软件对不同焊接顺序条件下的残余应力和残余变形进行数值模拟,从而优化了焊接工艺。结果表明,采用对称焊接的方法能够显著减小焊后残余应力和残余变形;第四种焊接顺序为最优的焊接顺序,残余应力集中于焊缝附近,焊缝区域的残余应力在270 MPa左右,建议在焊后对工件进行热处理消除残余应力;焊后变形为挠曲变形,变形为对称分布,从工件两端向中间变形量逐渐增大,最大变形量为14.4 mm,建议通过反变形的方法和对称焊接工艺对钢箱梁结构进行焊接。     

基于SYSWELD的地铁底架枕梁焊接变形的数值模拟

针对地铁枕梁采用的激光复合焊建立了相应的复合热源模型,并利用有限元软件SYSWELD进行求解。对枕梁在3种不同焊接顺序的方案下进行数值模拟,得到不同方案下各方向的变形量。结果表明,在不同焊接方案下,焊接变形分布情况基本一致,但产生的最大变形量有所不同;可以通过设计合适的焊接顺序来减小焊接过程中产生的变形。     

K-TIG焊接接头的应力与变形

采用SYSWELD软件对Q345低合金钢板的匙孔型钨极气保焊（keyhole gas tungsten arc welding,K-TIG）焊接过程进行了模拟,选用了3种形式的组合热源对K-TIG焊接过程的温度场进行数值模拟,并与实际焊缝轮廓进行对比,发现采用上半部分双椭球热源和下半部分3D高斯热源的组合热源所得温度场与实际情况较为相似.并通过K-TIG焊接数值模拟,分别研究板厚、间隙和焊接速度对K-TIG焊接接头变形和应力的影响.结果表明,减小焊接板厚有利于减小焊后z向变形和横向残余应力,留出适当的间隙有利于减小焊后残余应力,增大焊接速度有利于减小焊后变形,但不利于控制焊后残余应力.     

薄板单面密集焊缝焊后弯曲变形分析

针对2 mm的316L薄板单面密集焊缝结构,采用数值模拟的方法分析了两种焊接方案下的薄板焊接弯曲变形. 利用高度测量装置建立了薄板弯曲变形测量方法,进行了两种焊接方案的工艺试验,对焊后弯曲变形进行了测量. 在此基础上,对数值模拟和工艺试验的结果进行了对比. 结果表明,薄板单面密集焊缝结构焊接后呈船形变形,拉通焊弯曲变形中心接近于板中心,而两端向中间焊弯曲变形中心偏向板的先焊位置. 两端向中间焊在长度方向弯曲变形量小于拉通焊,两端向中间焊的焊接方案较优.     

铝合金薄板MIG焊焊接变形仿真预测的工程应用

铝合金薄板因其材料和结构的特殊性,其焊接变形很难控制,由此造成的焊接质量问题一直是轨道交通行业的焦点问题,文中以MIG焊制造铝合金车体薄板为研究对象,应用数值模拟技术开展焊接变形的仿真预测,基于成熟的移动热源法,以分段温度函数法的高效计算方法,模拟了2.2 mm厚度车体端墙顶板的焊接过程,得到了焊接仿真熔池和焊后变形数值,与实测变形值误差在20%以内.结果表明,仿真熔池形貌与焊接熔池形貌基本吻合,反变形及仿真结构与现场焊接趋势吻合,控制压臂力度、压头位置、焊接顺序、反变形量等参数优化了端墙顶板的焊接工艺.     

液力变矩器固定块焊接残余应力的数值模拟

以液力变矩器固定块MAG焊为研究对象,建立了热-力耦合的三维模型,采用Sysweld模拟软件对不同焊接顺序、焊接方向下的焊接残余应力和零件变形进行数值模拟,分析了焊接顺序、焊接方向对焊接残余应力和零件变形的影响。通过与实际焊接变形量及热影响区域的对比,验证了模型的准确性。分析结果表明,焊缝的焊接方向对残余应力影响较大,较好的焊缝焊接方向是由外向内进行焊接。     

焊接顺序对T型接头角焊缝残余变形的影响

为研究焊接顺序对T型接头角焊缝残余变形的影响,对平对接接头的焊接过程进行数值模拟和焊接实验,验证焊接模拟的合理性;建立T型接头双面角焊缝的有限元模型,采用生死单元技术和热结构耦合的方法对T型接头焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟,分析4种焊接顺序对其残余变形的影响。结果表明,模拟结果与残余应力测试结果吻合良好,说明焊接模拟过程合理有效。T型接头在焊后发生了挠曲变形,焊接顺序2的残余变形最小,变形量为0.61 mm,采用从两侧向中间的焊接顺序能够减小T型接头的残余变形。     

基于Sysweld的汽轮机低压缸侧板焊接变形数值模拟

依据Sysweld热弹塑性有限元理论,采用"局部-整体"映射法对汽轮机低压缸侧板进行焊接数值模拟,模拟计算出四种不同焊接顺序下的焊接残余变形,分析出结构的最优焊接顺序,指导侧板的实际焊接并将实际焊后变形与模拟焊接变形比较,吻合良好。为大型复杂结构和汽轮机实际生产提供了理论依据,并为大型结构的焊接提出了一种高效的数值模拟技术路线。     

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.     

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。     

FSW接头残余应力分布及控制技术

对不同搅拌头、不同工艺参数条件下的搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形进行了测量和分析,在优化参数条件下,研究了动态控制低应力无变形焊接技术搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形及残余应力的影响。研究表明,减小搅拌头轴肩直径、降低焊接热输入有助于减小结构宏观变形;动态控制低应力无变形焊接技术有助于减小接头残余应力,但是对结构宏观变形的作用不是很明显。     

膜式水冷壁对称单元GMAW多焊道焊接工艺参数与变形的关系

基于焊接过程中热弹塑性有限元法,结合膜式水冷壁在实际生产过程中的GMAW焊接工艺参数,采用ANSYS数值模拟和试验相结合的方法,研究了多焊道焊接过程中,各焊道不同的热输入对对称单元焊接变形的影响规律,提出了控制单元焊接变形的方法和热输入的计算模型,并进行了相关试验验证.结果表明,对于对称焊接单元,平焊和仰焊焊道的热输入变化对焊接总变形的影响存在差异,并且存在可使单元总变形减小的仰焊焊道热输入贡献区.在此贡献区内,控制仰焊焊道热输入,将促使焊接单元总变形有效减小.     

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.