未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

热丝填充激光多层焊温度场和应力场的数值模拟

基于有限元软件SYSWELD对20 mm厚316LN板热丝填充激光多层焊的温度场和应力场进行了三维动态数值模拟。利用生死单元法,采用双椭球体热源加3D高斯锥形热源的复合体热源模式来计算热丝填充激光焊过程,计算的焊缝横截面形状与试验结果基本吻合。计算结果表明,焊缝及附近区域表现出较高的焊接残余应力,而远离焊缝的区域,残余应力较小。所得到的多层焊沿厚度方向的残余应力分布规律符合实际,以及所计算的焊接变形与实测结果相吻合,这些可以为实际工程应用提供参考依据。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。     

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道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.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

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。     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

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.     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

S355钢TIG焊有限元仿真分析

采用SYSWELD软件对S355低碳合金钢平板对接焊焊接过程进行温度场和应力场的有限元模拟。分析焊缝温度场、焊后相组成以及焊后残余应力分布,以优化焊接结构和工艺设计。结果表明,焊接过程中,熔池区域温度最高,母材区域温度较低。在焊缝处横向残余应力较大;焊缝处的纵向应力主要为纵向拉应力,随着与焊缝距离的增大,拉应力最后逐渐转化为压应力。在焊缝中心处,纵向拉应力的数值小于两侧的拉应力。     

P91钢多层多道同质补焊残余应力的数值模拟

基于热弹塑性力学理论,建立考虑固态相变的P91钢多层多道同质补焊残余应力的三维有限元模型。采用双椭球热源模型描述焊条电弧焊的热流密度分布。基于所建模型,通过SYSWELD有限元分析软件对P91钢多层多道补焊的温度场、组织分布及焊后残余应力进行了模拟计算,研究其分布特征。研究结果表明,固态相变能够使得横向应力在末道焊缝处表现为较为明显的压应力,压应力数值为-93 MPa。纵向应力在近表面表现拉应力、压应力交错分布的特征,末道焊缝的纵向压应力数值较大,应力值为-155 MPa。     

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。     

焊缝余高对复合型坡口X80管线钢多层多道焊接残余应力的影响

基于熔池反演法获取与工程实际一致的热源模型和参数,采用非线性有限元软件MSC. Marc“生死单元”技术对X80管线钢复合型坡口GMAW多层多道焊接过程热–力耦合有限元程序,并进行了数值模拟计算,进一步分析了复合型坡口有无余高两种情况下焊接接头的残余应力分布情况. 结果表明,焊接余高对焊接热循环过程曲线无明显影响,对焊后残余应力影响显著,有余高和无余高的纵向、横向残余应力均呈现“双峰”现象,应力集中于焊趾处;有余高时的纵向与横向峰值应力均高于无余高情况,且超过了X80管线钢的屈服强度.     

仪表板横梁管件焊接残余应力的预测

运用有限元方法,对汽车仪表板横梁薄板结构焊接时采用断续焊的温度场及残余应力场进行了热-弹塑性数值模拟。选取局部模型并对模型进行简化,采用焊缝热影响区网格细化技术,笔者较为精确地计算出了温度场及残余应力场的分布。基于在实际焊接过程中对温度场的测定,并以此为热源载荷导入模型进行热-结构耦合计算。研究了断续焊对温度场及残余应力场的影响因素。结果表明:断续焊对母材有循环加热作用,且后焊焊缝热影响区的残余应力比先焊焊缝热影响区的大,焊接残余应力最大值出现在焊缝收弧端根部与大管母材的交界处。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

T型焊接接头残余应力数值模拟研究

基于ANSYS有限元数值分析软件,建立了T型焊接接头的有限元模型,采用高斯热源模型,模拟T型焊接接头焊接过程,分析了焊接过程中的温度场和应力场,并分析了不同参数变化对于焊接残余应力的影响。结果表明,在整个焊接热过程中,焊缝区域温度变化显著;焊接过程应力变化复杂,在焊缝处存在较大的残余应力,应力值为225MPa,接近屈服极限235 MPa;第二道焊缝应力值较第一道焊缝大,原因在于焊接第二道焊缝时,已完成的第一道焊缝对于焊件变形有较大约束。     

TC4钛合金对接板焊接残余应力仿真分析与试验验证

基于热弹塑性理论,通过顺序热力耦合方法对TC4钛合金TIG多层多道焊焊接残余应力场进行计算。在试验基础上,利用弹性有限元方法计算获得TC4钛合金应力释放系数,并采用盲孔法对焊接试板进行残余应力测试试验,将试验值与仿真结果进行对比,结果表明：焊接残余应力仿真值与试验值具有较高的吻合度,在焊缝及焊趾处存在较大的残余拉应力,且随着距焊缝中心距离的增加,残余应力值逐渐减小。     

超临界锅炉机组过热器用Super304H钢管道TIG焊接有限元分析

基于ANSYS软件平台,建立了Super304H钢管道TIG焊接的有限元数值分析模型.采用单元生死的热源模式进行加载,获得了焊接温度场分布规律.利用温度-应力间接耦合的方法计算了焊接残余应力场.结果表明:在焊缝及附近区域,管道外表面的环向和轴向残余应力均为压应力,管道内表面为较大的残余拉应力.在焊趾处,管道内表面的环向残余应力最大值约260MPa,轴向残余最大值约230MPa.