汽车副车架结构件焊接残余变形预测

本文借助于ANSYS有限元软件,运用热弹塑性有限元方法,对汽车副车架在焊后自由状态下的焊接残余变形进行了预测.结果表明,副车架各个工位的焊接变形量很小,最大焊接变形量只有1.9 mm,对结构尺寸影响不大,说明副车架的焊接工艺、夹具的设计和分布比较合理,因此不需要对其进行优化.     

液力变矩器焊接工艺参数的计算机优化

液力变矩器是轿车上广泛采用的重要零部件,必须保证产品焊接后的尺寸精度;焊后需要进行疲劳试验以考核焊缝的强度。随着计算机技术和焊接数值模拟的发展,预测复杂结构的焊接变形在实际生产中发挥着越来越重要的作用。本文主要利用热弹塑性有限元方法和残余塑变有限元方法,建立了液力变矩器焊接变形和焊接残余应力的三维模型,预测了液力变矩器地不同工艺参数下的焊接变形和焊接残余应力,并模拟了疲劳试验载荷下的应力分布状态等,分析结果与实测结果较好地吻合,根据分析结果,提出了合理的焊接方法与工艺参数,为焊接工件和夹具的设计与加工等提供了重要依据。     

挖掘机下车架主件顶环面的平面度

挖掘机下车架主件(Carbody)是由多条空间分布的焊缝连接而成的焊接结构，为保证装配，要求焊后顶环面的平面度小于0．5mm。作者用残余塑变法对下车架主件进行了焊接变形的有限元预测，由于大部分焊缝位于结构重心的上方，焊接后，模型整体出现下沉现象。因此从减小焊接变形的角度考虑，交叉焊接底板焊缝和顶板焊缝是合理的。为考虑焊接顺序提出用残余塑变法对影响顶环面平面度的关键环焊缝进行单独计算，结果表明，环焊缝采取交叉分段焊接有利于减小顶环面的平面度。根据预测结果，挖掘机下车架主件顶环面的平面度为0．68mm，很难达到要求的0．5mm。建议可以通过改变环焊缝的焊接顺序或者适当减小焊角尺寸(即减小焊缝收缩量)来降低顶环面的平面度。     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

汽车底盘结构件焊缝设计方法探讨

针对国内企业在设计汽车底盘(后桥和副车架)焊缝时完全照搬国外技术,鉴此本文对某型号汽车后桥和副车架的焊缝设计方法进行了研究,以期建立具有自主知识产权的汽车底盘焊缝设计方法.通过建立其三维有限元模型,对其焊接温度场和残余应力场进行模拟计算,提出将焊接残余应力和工作载荷进行合成计算,基于悬架臂和衬套管进行拉伸破坏试验以及焊接残余应力和拉伸载荷的合成计算结果,确定采用安全系数N=σbw/σmax对焊缝承载性能进行评价,最后选择了改变焊缝数量、长度以及布道位置的方法对焊缝进行优化设计.结果表明,实际焊缝失效位置与计算结果相一致,经过优化后的焊缝的承载评价结果是安全的.最终将本文所建立的汽车底盘焊缝设计方法成功应用于308和318两种型号的后桥.     

基于SYSWELD的不锈钢管道环焊缝焊接数值模拟

基于316L不锈钢管道环焊缝的焊接工艺,利用Visual Mesh软件建立了管道焊件的三维有限元模型,利用有限元数值模拟软件SYSWELD对316L管道环焊缝焊接过程进行了数值模拟,得出了焊接过程中不同时刻的温度场分布图、不同特征点的焊接热循环曲线及焊后残余应力及变形分布图等一系列结果。结果表明,焊缝始焊处温度不易达到熔点,焊缝中心及附近区域因残余应力较大而产生环向内凹形变。焊缝的温度场及应力变形分布规律均与理论分析相一致,可为实际焊接工艺的评定及优化提供一定的数据支撑。     

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.     

转向架副构架焊接接头残余应力无损测量及变形研究

采用有限元焊接仿真分析软件(SYSWELD)对某型号的转向架副构架焊接接头进行了仿真变形分析,并采用X射线衍射法(XRD)对该型号焊接态副构架振动处理前后焊接接头进行焊接残余应力无损测量,对焊接工艺和振动消除应力措施进行了验证,为转向架副构架接头焊缝质量安全性评估提供了依据.研究结果表明,有限元变形仿真结果和XRD应力...     

升船机卷筒轮毂焊接残余应力数值模拟

焊接后钢材焊接残余应力的变化易导致其结构产生变形,为了提高升船机卷筒轮毂的焊接质量,文中对焊接残余应力展开数值模拟分析。在确定卷筒轮毂的物理参数和焊接工艺后,利用Ansys有限元软件构建卷筒轮毂有限元模型,确定模型的单元数量后划分网格。然后利用有限元软件计算轮毂温度场及焊接残余应力。数值模拟结果显示：升船机卷筒轮毂焊缝及热影响区的温度在861～1 561℃之间,该数值模拟结果接近实际测量结果;在x方向上,轮毂的焊接残余应力主要在焊缝与热影响区分布,峰值应力为491 MPa;在y方向上,焊接残余应力峰值为265 MPa,越靠近焊缝,焊接残余应力越大;焊接退热后,卷筒轮毂焊缝及热影响区的焊接残余应力上升,撤除约束会释放焊接残余应力,同时导致升船机卷筒轮毂产生少量变形,但不会导致升船机卷筒轮毂产生裂纹。     

基于ADINA软件的焊接结构应力场与温度场研究

应用有限元分析软件ADINA，对摩托车车架前叉与主梁加强板中心处短焊缝建模，模拟该处温度场和应力场的动态变化过程。对温度场及残余应力的分析表明，经短暂的焊接热循环作用，以短焊缝为中心，在前叉管的轴向和周向均存在应力；摩托车正常使用时，车架前叉与主梁加强板中心处有一定的冲压力存在，短焊缝的存在使得车架上的应力较为集中，易造成车架短焊缝处断裂，引发事故。所以车架前叉与主梁加强板中心处应该不要焊上。ADINA软件在焊接上的应用为预测焊接结构的残余应力以及分析焊接事故原因提供了一种方法。     

A mechanism of formation of a single section of a vacuum discontinuous coating

A welding distortion prediction method based on the inherent strain concept is presented. In the proposed method, welding distortion of large-welded structures could be estimated by elastic analysis using the result of thermal-elastic–plastic analysis and the result of smaller welded joints or components. Thermal-elastic–plastic analysis is performed to calculate residual plastic strain distribution, which is the input data for the elastic analysis of welding distortion. The obtained residual plastic strain distribution is mapped to non-deformed finite element models to calculate welding distortion by elastic analysis. The mapping procedure is done in different ways for welding start/end parts and the rest of the weld length in order to take into consideration the unsteady strain distribution at the start/end of welds. For start/end parts, strain distribution used is identical with thermal-elastic–plastic analysis. For the part except start/end parts, strain distribution obtained by thermal-elastic–plastic analysis is extracted from the centre of weld length and is extruded along the welding direction.

The proposed method was applied to the welding distortion prediction of joints with weld length of 900 and 1200 mm based on the thermal-elastic–plastic analysis result of a joint with weld length 600 mm. The estimated results were in good agreement with the thermal-elastic–plastic analysis results of models of corresponding weld length to show the validity of the proposed method.     

固有应变有限元法预测焊接变形理论及其应用

介绍了固有应变的概念、固有应变有限元法预测焊接变形的理论和方法。固有应变存在于焊缝与近缝区 ,并与焊接热输入和板厚等因素有关 ,通过试验和热弹塑性分析 ,可以确定它们的关系曲线。固有应变法只需一次弹性有限元计算 ,因而是预测大型复杂结构焊接变形的一种十分有效的方法。文中介绍了若干工程中成功的应用实例     

横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹倾向数值模拟研究

从力学角度出发,提出横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的新方法。讨论了铝合金焊接热裂纹产生的条件,建立脆性温度区间(BTR)金属材料-力学性能匹配模型,采用弹塑性有限元方法对BTR区域金属产生的挤压塑性流变行为和应变场变化进行了分析。模拟结果表明,横向超声冲击对BTR区金属产生横向压缩塑性应变,并依靠BTR区金属的塑性变形把应变传递到焊缝中心,随着横向超声冲击加载功率的增加,在焊缝中心处产生的挤压应变也随之增大。通过实验测定实际情况下BTR区金属的横向压缩塑性应变值,实验结果与模拟结果吻合良好,进一步证明了该方法的可靠性。     

Structure-Property Correlation of AA2014 Friction Stir Welds: Role of Tool Pin Profile

The influence of rapid plastic deformation in the generation of welding heat during friction stir welding (FSW), supplementing the frictional heat generation by the tool shoulder, forms the thrust of the present investigation. Several researchers have highlighted the role of tool shoulder in the generation of frictional heat and suggested that the tool-material interface friction as the sole mechanism for heating. The configuration of tool pin profile is seldom studied for its contribution to welding heat through rapid plastic deformation at high strain rates (10³/s), especially while welding thick plates. An attempt has been made to understand the dependence of deformation heat generation with different tool pin profiles in welding 5 mm thick AA2014-T6 aluminum alloy, maintaining the same swept volume during the tool rotation. An attempt has also been made to correlate the influence of process response variables such as force and torque acting on the tool pin. To quantify the physical influence of tool pin profile, temperature measurements were made in the region adjacent to the rotating pin, close to nugget in the thermo-mechanically affected zone (TMAZ). It has been observed that the temperature rises at a relatively rapid rate in the case of hexagonal tool pin compared to the welds produced employing other tool pin profiles. It is observed that during FSW, extensive deformation experienced at the nugget zone and the evolved microstructure strongly influences the mechanical properties of the joint. The present study is also aimed at understanding the influence of tool profile on the microstructural changes and the associated mechanical properties. Transverse tensile samples failed at the nugget/TMAZ boundary due to localized softening. Hexagonal tool pin profile welds have shown higher tensile strength, low TMAZ width, and high nugget hardness compared to other tool pin profile welds.     

焊接应力场与应变场的计算与讨论

经典的观点认为焊缝存在残余压缩塑性应变,而目前有学者认为焊缝是在冷却的过程中形成的,与加热过程无关,认为焊缝只存在拉伸塑性应变,而不存在压缩塑性应变.针对这一对传统残余塑变理论的质疑,采用有限元方法对薄板熔焊对接接头纵向应力和应变的瞬态变化以及由焊缝中心到母材边缘的纵向应力和应变分布情况进行了计算.结果表明,焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,应力状态为拉应力,由焊缝中心到母材边缘其纵向应力由拉应力转变为压应力,纵向压缩塑性变形量逐渐下降,离焊缝较远受温度场影响较小的母材不产生塑性变形.     

塑性变形对BT20钛合金焊缝组织和力学性能的影响

分析塑性变形对BT20钛合金焊缝组织和力学性能的影响。试验采用钨极氩弧焊对接焊形式对BT20钛合金施焊;焊接接头的塑性变形试验在油压机上进行,变形过程中采用了双保温措施。结果表明：钨极氩弧焊是一种适合BT20钛合金的焊接方法,在其它焊接参数一致的情况下,电流越小,焊接质量越好;塑性变形加退火可显著改善BT20钛合金焊缝的材料组织、细化晶粒,提高焊缝金属材料的力学性能。     

Prediction of solidification cracking in laser welds of type 310 stainless steels

The occurrence of solidification cracks in laser welds of type 310 stainless steels was predicted by numerical analyses of the solidification brittle range (ductility curve for cracking) and thermal strain in the weld metal. The solidification brittle range in laser welding was estimated from that in arc welding based on the numerical analyses of supercooling (for calculating dendrite tip temperature) and segregation (for calculating completely solidified temperature) during rapid solidification. The calculated solidification brittle range was reduced with an increase in the welding speed because of the enhanced supercooling and the inhibited solidification segregation. The thermal strain analysis by FEM suggested that solidification cracks would occur in SUS310S welds at laser travelling velocity of 60 mm/s applying the initial strain of 1.5%, while no solidification cracks in SUS310EHP welds at any laser travelling velocities applying the higher initial strain of 2.2%. The cantilever type cracking test in laser welding revealed that the predicted results of occurrence of solidification cracks were consistent with experimental ones.     

中子衍射在残余应力分析中的应用

中子衍射应力测量原理基于布拉格方程,通过取样测量体积内样品晶格的晶面间距进行精确表征,获取材料微观晶格的形变信息,可以实现晶体材料深层内部弹性应变的直接无损测量.测量值通常与样品测量位置和外加温度或力学载荷相关,用于评估实际部件整体结构和变形参数.本研究介绍中子衍射的基本原理,辊压法调控搅拌摩擦焊的残余应力和变形、管道...     

搅拌摩擦焊三维粘塑性热力耦合有限元数值模拟

针对搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)的特点,建立了基于固体力学的刚粘塑性热力耦合有限元方程,并采用网格局部加密自适应跟随技术对FSW过程进行数值模拟,获得了焊接过程的温度、应力、应变分布特征及金属流动规律,预测焊接过程中所产生的缺陷.结果表明,FSW过程中试件的温度分布不对称,应变沿板厚的方向分布不一致,焊缝区产生了剧烈的塑性变形,因此FSW是一个典型的三维剧烈的塑性变形过程,热塑性变形机制是焊接接头形成的主要机制.