不同点固焊形式对焊接变形和残余应力的影响

借助有限元分析手段对不同点固焊形式的对接焊焊接过程进行模拟,经分析得到焊接变形和应力分布情况,采用实验手段验证试验结果。结果表明,点固焊位置相同,长度越长,获得的变形量越小;起、收弧的两端面点固焊变形在起、收弧两侧翘起,焊缝位置点固焊翘起的位置发生在与焊缝位置平行的两侧自由端;点固焊长度越长,仿真和实测结果的残余应力分布波动性越大;在起、收弧两端面点固焊获得的残余应力峰值最小;起、收弧两端面点固焊、点固焊2处残余应力值均降低,点固焊3处残余应力值增大。证明了有限元模型的正确性和有效性。     

箱板装配式钢结构焊接残余应力的数值模拟与研究

文中旨在对箱板装配式钢结构的焊接残余应力进行研究。由于箱板装配式钢结构通常选用Q235B钢和Q345B钢,故对这2种钢材的焊接残余应力进行研究。通过Abaqus关联Dflux热源子程序对Q235B与Q345B钢板进行焊接模拟,并利用超声波检测方法对钢板进行焊接残余应力测试。结果表明：钢材的屈服强度对焊接残余应力有显著影响;在焊缝热影响区上的纵向残余应力以拉应力为主,在整个焊件上的横向残余应力既存在拉应力,也存在压应力;钢板残余应力试验结果与模拟结果基本吻合,验证了Abaqus模拟钢板焊接的可靠性。     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

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。     

金属堆焊成型层间应力分析及工艺优化

基于焊接有限元分析基本理论,采用Visual-weld调用Sysweld求解器对单道多层堆积熔焊进行了数值模拟计算和分析,得到了焊接件温度场、应力和变形场的变化规律,重点研究了焊接速度、焊接路径对焊接件残余应力的影响,并对优化的焊接工艺进行加工实验验证。结果表明,各层交接处及起弧和收弧处应力集中,为焊接危险区,熔焊区后层对前层有应力释放作用。金属堆焊速度越快,熔焊区纵向残余应力越大,横向残余应力越小;往返式堆积路径降低了焊缝稳定区和基板的残余应力,焊接变形小,改善了堆焊断弧处弧坑缺陷。     

预应力在2A12高强铝合金薄板焊接中的作用

目前理论与试验研究指出,焊接残余应力的水平与分布对铝合金薄板的尺寸稳定性影响很大。通过在两端引入平行于焊缝方向且低于材料屈服极限的预拉应力,借助X射线应力测试仪与三坐标测量机研究2A12高强铝合金薄板的焊后残余应力水平及分布与板的挠曲变形。结果表明,残余应力幅度可表征金属构件潜在尺寸变形能力,引入预应力可显著降低焊后残余应力水平,均化应力分布,并强化构件尺寸稳定性。     

激光工艺参数对PC/Cu/PC焊接性能及残余应力影响

实现聚碳酸酯(PC)材料高品质焊接是拓展其工程应用的重要方向. 焊接件残余应力聚集的位置易产生变形、裂纹等缺陷,使用过程中进而会形成应力腐蚀,导致强度降低,缩短焊接件的使用寿命. 为了实现PC材料的高质量焊接,提出了以表面涂有碳黑的铜膜为激光吸收材料的透射焊接新方法,并探究了不同激光工艺参数(激光功率和焊接速度)对焊接性能、铜膜变形量及残余应力的影响规律. 结果表明,随着激光功率和焊接速度的增大,焊缝抗剪强度和铜膜变形量均先增大后减小;焊缝宽度与激光功率成正比,与焊接速度成反比;残余应力与激光功率成正比,与焊接速度成反比;且发现铜膜变形在一定程度上有利于提高焊接性能和减小残余应力.     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。激光焊接线能量增加时，纵向残余应力拉伸区域变宽，峰值应力降低，而横向残余应力随线能量的增加而升高。在临界焊透规范以上焊接时，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。     

LF6铝合金薄板平面内环焊缝焊接应力与变形的数值模拟

从力学角度出发,以LF6铝合金薄板平面内环焊缝的焊接为例,对其焊接残余应力和变形的特点进行了探讨。采用非线性有限元技术,对常规焊接条件下温度场和应力场进行了模拟,结合弹性稳定性理论对环焊缝焊接产生的特殊变形规律进行了研究。数值模拟结果表明,在环焊缝焊接过程中形成了与常规对接焊完全不同的焊接热循环过程,残余应力状态复杂;焊缝外侧的压应力超过了失稳变形极限,造成了铝合金薄板的失稳变形。     

实时超声冲击消减焊接残余应力

为了消减焊接残余应力,在焊接时对熔池后方焊缝的背面进行超声冲击.结果表明,实时超声冲击能够有效地消减焊接残余应力,其消减焊缝纵向残余应力比消减横向残余应力的效果显著.当在弹塑性转变温度区进行冲击,且冲击头直径较小、形状为球冠形时,消减焊接残余应力的效果更好.实时超声冲击消减焊接残余应力的机理是:在焊缝背面施加超声冲击能使焊缝正面产生拉伸塑性变形,抵消更多升温膨胀时所产生的压缩塑性变形,从而消减焊后的残余应力.     

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.     

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.     

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．     

高强钢低匹配等承载对接接头焊接残余应力调匀能力

借助有限元软件研究了高强钢对接接头中焊接残余应力的调匀情况.结果表明,因母材塑性储备不足,所有接头焊后横向、纵向拉伸峰值应力均在焊接残余应力的基础上不断增加,但接头各区域应力增速不同,最终残余应力均未完全调匀.低匹配静载ELCC接头高塑性、低屈强比的盖面焊道位于高值残余应力所在的焊缝及近缝区母材表面并分担载荷,使该区应力增速放缓,故其残余应力调匀能力优于等匹配接头.考虑焊接残余应力的ELCC接头静载失效更可能发生在母材区,这与ELCC接头的设计目标相符.明确了静载ELCC设计可以忽略焊接残余应力的影响.     

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。     

Study on stress and deformation of keyhole gas tungsten arc-welded joints

Keyhole gas tungsten arc welding(K-TIG)of Q345 low alloy steel plates was simulated by using SYSWELD software.The temperature field of the K-TIG welding process was simulated with three different combined heat sources and was compared with the weld profile that was obtained experimentally.The temperature field that was obtained by a combination of a double ellipsoid heat source on the upper half and a three-dimensional Gauss heat source on the lower half was similar to the real situation.The effects of plate thickness,gap and welding speed on the deformation and stress of the K-TIG welded joints were investigated by K-TIG welding numerical simulation.A reduction in the thickness of the weld plates reduced the z-direction deformation and transverse residual stress;an appropriate gap reduced the residual stress and an increase in the welding speed reduced deformation after welding,but did not help to control the residual stress after welding.     

薄壁冲压件初始应力对焊接热裂纹敏感性影响

采用试验的方法对不锈钢冲压件储气罐残余应力进行测量,依据测量值假定了焊接接头区域初始应力,然后采用热弹塑性有限元法,在通用有限元软件MSC Marc下,结合程序的二次开发,对不锈钢储气罐的焊接过程进行有限元模拟,分析搭接接头的焊接应变.结果表明,初始轴向应力对熔合区上的应变及热影响区上径向与周向的应变值影响较小,对热影响区轴向总应变和塑性应变的增大作用明显,有应变情况下的总应变的最大值为无初始应力情况下的两倍以上,因此判断轴向初始应力是导致接头应变水平提高的主要原因,从而产生热裂纹倾向.     

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.     

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.