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.     

5A06铝合金焊接残余应力有限元分析

利用热弹塑性有限元方法对5A06铝合金焊接接头的温度场和残余应力场进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响.在模型中运用移动的三维双椭球体热源作为输入热源来模拟焊接过程,最终获得了焊接温度场和残余应力场.将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,模拟结果与实测值有较好的一致性.     

铝合金MIG焊L形接头的有限元分析及试验验证

以12 mm厚轨道车辆用铝合金板多层多道MIG焊为研究对象,采用热弹塑性有限元分析和试验验证的方法进行研究。采用更符合实际工况的边界条件简化方法,建立了L形接头单边V形坡口的有限元模形,模拟并分析了L形接头焊接过程中的温度场、应力场和焊接变形,发现有限元法可准确模拟多道焊的热积累效应,预测焊接构件的残余应力和变形分布;同时开展了L形接头多层多道MIG焊试验,并采用盲孔法测量焊后残余应力,对比模拟和实测结果发现,模拟和实测的残余应力在变化趋势和峰值上吻合良好,验证了数值模拟模形的准确性。     

中厚板T形接头焊接顺序的模拟研究

采用数值模拟方法,通过建立中厚板T形接头有限元模型,研究了七种焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。基于模拟分析结果可知,对于中厚板T形接头,不同焊接方案产生的变形均较小,焊接顺序对焊接变形的影响较小,但合理的焊接顺序可以有效减小残余应力峰值。焊件的残余应力既与热输入的时间有关,又与热输入的值相关,这为实际焊接提供了参考。     

热源同轴辅助搅拌摩擦焊工艺特性分析

研究了激光同轴辅助搅拌摩擦焊中激光/搅拌摩擦焊的热量分配对不同系列铝合金焊缝成形、接头力学性能及显微组织的影响,并得到了相应的优化能量分配条件.结果表明,加入激光辅助热源可有效扩大工艺参数窗口,特别是流动性差的5A06和2219铝合金,焊接速度可提升30%以上.激光辅助热源对6061及5A06铝合金焊接接头性能影响较小,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的性能影响明显,焊接热输入增大后,接头性能下降,但总得来说,加入激光辅助热源能够在更小的焊接热输入下获得更高的接头性能.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

考虑初期残余应力对Q345高强钢厚板多层多道焊接残余应力影响的数值模拟分析

在实际生产过程中,焊接试件在实施焊接之前,一般都会经过一系列的热加工和机械加工。如此一定会使得焊件在焊前就已经存在一定分布的应力,即初期残余应力。为了研究该初期应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,尤其是对多层多道焊接的影响,本文基于有限元分析软件MSC.Marc,开发了用于模拟厚大接头多层多道焊的焊接温度场、应力场和变形的热-弹-塑性有限元计算方法,以钢结构中常用的对接接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的方法,对板厚为20 mm的Q345高强钢焊接残余应力和变形进行了数值模拟。在该有限元模型计算中,采用生死单元技术,并仔细考虑了焊缝与母材随温度变化的高温热物理性能和力学性能数据来模拟焊接过程中的热-力学行为。研究结果表明,初期应力对焊接区域焊接残余应力的影响较小,但是对远离焊接区域无论是分布还是数值均有一定的影响;初期应力对最终的焊接变形的数值有一定的影响,但是对变形的分布影响较小。     

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.     

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,...     

地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头残余应力研究

对地铁用SUS301L奥氏体不锈钢激光焊和熔化极活性气体保护焊(MAG)焊接接头的残余应力进行了X射线衍射测试分析.测试结果表明:激光焊和MAG焊接头均存在较大值的残余拉应力,残余应力分布趋势相同.激光焊接头残余应力峰值低于MAG焊接头残余应力峰值,这是由于激光焊热输入量较小,对母材热影响较小,母材塑性压缩效应低造成的.     

能量排布方式对双光束激光填丝焊温度场与应力场的影响

建立了面热源＋双圆柱体热源的双光束激光焊接热源模型,并结合Marc有限元软件,对光束间距为0．6mm的双光束激光填丝焊接铝合金的温度场和应力场进行了数值模拟,分析了不同能量排布方式对焊缝熔池温度分布特征及其残余应力的影响．随着光束与焊缝中心线所成角度的减小,热源熔化效率逐渐减小;焊后焊缝区残余应力主要为纵向拉应力,能量排布方式对残余应力最大值的影响不明显,其主要影响残余应力分布区域范围和焊接工件角变形．     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

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.     

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

针对金属结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题,以一种对焊钢制梁为例,采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形.结果表明,钢制梁焊后存在较大的残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力.以焊接结果为初始条件,分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响,结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力,因此焊接残余应力不能...     

超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

Simulating the residual deformation of thin-plate butt weldments without wire filling by contact mode

The residual deformation in thin-plate butt weldments without wire filling was investigated by simulative and experimental methods. The good consistency on the residual deformation between the simulation result and test measurement data indicates that the contact mode can be used to simulate the butt welding process of thin plates without wire filling. The longitudinal residual tensile stress in the weld zone lead to the buckling deformation of thin-plate weldments, and the appearance of buckling deformation would in turn reduce the peak value of longitudinal residual tensile stress. As for the thin-plate butt weldments, the tensile stresses in the weld and its neighboring zone are produced in the post-weld cooling process and have not peak until the temperature of the welds dropped to near room temperature.     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

湿H2S环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟

利用电化学渗透法测定了氢在16MnR低合金钢焊接接头处的焊缝金属、热影响区金属以及母材中的扩散系数.利用有限元软件ABAQUS,对16MnR钢焊接接头氢扩散进行数值模拟,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响,得到焊接接头扩散氢的浓度随时间的分布.结果表明,在焊缝和热影响区,氢的扩散系数和焊接残余应力较大,使氢在焊缝和热影响区聚集,降低材料的力学性能,使得焊接接头部位成为最薄弱环节,在湿H2S环境下很容易发生与氢有关的损伤和破坏.