7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

焊接顺序对焊接变形的影响分析

通过对6种不同焊接顺序的2块垂直板材进行焊接有限元模拟,焊缝为角焊缝,模拟结果显示采用对称焊接方式可以大大减小焊接变形,而采用交叉方式焊接后的变形量最大,同时通过模拟获得的最大等效应力为450 MPa左右,且均集中在焊缝处。沿焊接底板长度方向出现纵向弯曲角变形和收缩变形,沿焊接底板宽度方向出现横向弯曲角变形和横向收缩。     

300M钢电子束预热与焊接复合加工后的残余应力测试

采用盲孔法测量了电子束预热与焊接复合加工300M超高强度钢板的残余应力分布。结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力以拉应力为主,横向残余应力以压应力为主,焊缝中心的最大纵向和横向残余应力分别为34.3和9.2 MPa;最大残余拉应力峰值出现在母材区,其应力值约为208.3 MPa,远低于母材屈服强度。沿焊接方向残余应力变化不大,可近似认为其分布基本稳定。     

激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力分析

采用冲击压痕法,对激光-氩弧复合热源焊接镁合金AZ31B焊缝的残余应力进行了测量,分别测量了300mm长镁合金的焊接接头沿焊缝方向和垂直焊缝方向上的残余应力.在此基础上运用有限元分析软件建立了相应的残余应力场,补充和完善了实际测量的数据.在焊缝中间区域得到垂直于焊缝方向上的最大残余应力在200～300MPa之间;在距焊接接头的中5～10 mm处得到最大压应力值,一般小于100MPa.通过对实际测量和模拟数据的综合分析,基本掌握了激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力的分布规律和特征.     

Q345E钢焊后热处理残余应力模拟与试验研究

为深入研究热处理工艺对焊接残余应力的影响规律,以Q345E钢对接接头和T型接头多层多道焊为例,首先借助X射线衍射法对热处理前后焊接试件进行了应力测试,然后采用数值模拟的方法对这两种焊接接头模型热处理前后的残余应力进行了计算,分析了热处理前后残余应力的分布。结果表明:模拟结果与试验测试的结果具有一致性,验证了有限元数值模拟的合理性。热处理前,平板对接接头的纵向残余应力沿焊接方向呈现两端小,中间大的趋势;沿垂直于焊接方向随着距熔合线的距离增大而降低;T型接头的纵向残余应力沿焊接方向随远离起弧端整体上表现出上升趋势;沿垂直于焊接方向,它由近焊缝处的拉应力逐渐过渡到远焊缝处的压应力。热处理后,残余应力均下降。     

中厚板机器人横焊接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了中厚板机器人多层多道焊三维热力学有限元模型。利用ABAQUS有限元分析软件对中厚板机器人横焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析。分析结果表明,接头表面的纵向残余应力在焊缝区域内表现为拉应力,在远离焊缝的母材区域内表现为压应力,且开坡口一侧母材区域的残余压应力值高于未开坡口侧;对于横向残余应力,接头表面表现为拉应力,且焊缝区域附近拉应力较高,焊趾处出现应力峰值。对于接头横截面,沿板厚方向上,焊缝区表现为拉应力;沿板宽方向上,近焊缝上下表面区均为拉应力,焊缝中心区域则表现为压应力。将模拟结果与盲孔法测试结果进行对比,两者较吻合。     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

基于逐层铣削法测量桥钢厚板焊缝区残余应力

桥钢厚板焊接常采用多层焊,由于焊接过程中焊缝区热应力作用和金属复杂相变过程,在厚度方向上产生了变化较大的焊接残余应力。目前,桥钢厚板内部残余应力的测量暂无统一方法,数值模拟分析也存在诸多困难。采用逐层铣削法对厚度为45 m m的对接焊钢板焊缝区沿焊缝方向的残余应力进行了测量,得到其沿焊缝厚度方向的具体分布情况。测量结果可为钢桥焊接残余应力数值模拟和钢桥疲劳研究提供参考。     

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.     

TIG重熔工艺对焊缝区残余应力的影响

为了研究TIG重熔焊缝工艺对焊接构件焊缝处的残余应力的分布及大小产生的影响，采用X射线衍射技术，测量焊接试板的焊缝TIG重熔前后不同部位的残余应力值；测试结果表明TIG重熔焊接可以使焊缝上残余应力分布趋于均化，对焊缝上纵向残余应力改善效果不明显，而对横向残余应力具有明显的改善效果，对于降低焊缝处应力集中，提高焊接件使用寿命很有帮助。     

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,...     

分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析

在利用平板试验得到分段焊的合理段长的基础上,对某水电站混流式水轮机转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于尺寸为500 mm×500 mm×16 mm的平板来说,后焊的焊段可以起到降低先焊焊段的残余应力的作用,且在到后焊部分端部为50 mm的范围内,降低效果最明显;分段焊可以降低叶片危险区域的残余拉应力峰值并产生残余压应力;当叶片出水边焊段的长度在40～90 mm的范围内,残余应力的降低效果随着叶片出水边焊段长度的增加而减小.     

转向架构架补焊残余应力数值模拟

转向架作为车辆走行部的主要构件,常采用局部补焊的手段进行修复,这势必影响接头残余应力。利用ABAQUS有限元分析软件,分别对焊态、不同补焊参数和补焊次数后的残余应力进行了数值模拟。模拟计算结果表明:补焊后焊缝的纵向应力大大增加,横向应力减小;但随着补焊次数的增加,纵向应力变化不大,横向应力有所增加;随深度增加,纵向应力涨幅不大,横向应力有所增加;随补焊宽度增加,焊缝区的横向应力有所增加,纵向应力略有增加但幅度不大。开展对转向架焊接构架对接焊缝补焊残余应力分析,对于指导焊接转向架生产、降低焊接接头残余应力具有重要的意义。     

基于正交试验设计的高温管道焊接工艺优化

P91耐热钢焊接接头广泛用于电厂管道,厚壁管道焊接残余应力分布比较复杂,而焊接接头残余应力的大小对其高温环境下运行的蠕变又有着较大的影响.文中运用正交试验设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对P91耐热钢管道焊接的工艺参数进行优化没计,然后采用大型有限元分析软件ABAQUS对最优焊接工艺的焊接残余应力进行数值模拟,获得了P91厚壁管道焊接接头的残余应力分布状况.结果表明,焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次电弧电压、焊接电流和坡口间隙等.研究结果为优化高温管道焊接工艺,有效控制焊接残余应力提供了可能.     

混流式转轮焊接工艺优化与局部压应力化的实现

焊接残余拉应力的存在是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一,焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能.采用数值模拟方法对混流式转轮焊接残余应力场进行了模拟,转轮出水边焊缝区域存在较高的残余拉应力,适当减小出水边焊段长度,可有效降低残余拉应力峰值.对转轮原有及优化焊接工艺下的焊接残余应力场进行了测试分析.结果表明,通过优化分段焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控,叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低,并转化为压应力,实现了转轮易开裂区域焊接残余应力的局部压应力化,从而有效提高转轮的抗疲劳性能.     

有限元分析热—力学参量对焊接残余应力峰值特征的影响

使用随温度变化的材料热—力学参量,采用双椭球热源模型,研究了弹性模量、线膨胀系数、泊松比三个热—力学参量对焊接残余应力的影响.结果表明,弹性模量增加可使焊接残余应力增大,纵向残余应力峰值从双峰特征过渡到单峰特征;线膨胀系数降低可使焊接残余应力峰值降低,纵向残余应力峰值的双峰与波谷差值也逐渐减小;随着泊松比的增加,纵向残余应力峰值逐渐下降.因此,热—力学参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为铝合金2024-T4的平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好.     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

Residual welding stresses in laser beam and tungsten inert gas weldments of titanium alloy

Abstract

The residual welding stresses in laser beam (LB) and tungsten inert gas (TIG) weldments of a titanium alloy in thin plate form were investigated experimentally in the present work. A hole drilling technique was used to measure the residual stresses in the weldments. The effects of the welding method and post-weld heat treatment (PWHT) on the residual stresses were analysed. The results show that (i) the residual stress distribution in the LB welded joints is similar to that obtained for traditional fusion welding processes, although the distribution zone is much narrower in LB welding, (ii) the residual stress in the heat affected zone for LB welding is about 100 MPa lower than that for TIG welding, and (iii) PWHT in vacuum greatly relieves the welding residual stress.     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场,分析残余应力产生的原因和规律,对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明:异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似,但分布区域较窄;薄板残余应力场与厚板分布相似,但残余应力值范围较大。