关于焊接残余应力消除原理的探讨

介绍了机械拉伸法、温差拉伸法、滚压法和低应力无变形焊接技术消除应力原理的传统观点,认为焊接时焊缝产生压缩塑性变形,消除应力的原理在于用拉伸塑性变形抵消、补偿压缩塑性变形。本文提出新的应力应变发展过程,指出焊缝不存在压缩塑性变形,一直受拉伸,熔合线附近处于脆性温度时承受较大的纵向拉伸应变,随着远离熔合线,应变值陡降。焊缝消除应力的原理在于用塑性应变减少甚至抵消弹性应变,在一般情况下是用拉伸塑性应变减少甚至抵消拉伸弹性应变。本文还阐述了各种消除应力工艺的原理并很好地解释了横向液化裂纹分布在熔合线附近和裂纹很短的现象。     

焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)

提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在\     

焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论

针对目前存在的一些对焊接残余应力形成机制和消除原理传统理论的质疑和不同观点，采用两端拘束杆件和长板各焊接的一维简化模型，分析比较了经受加热与冷却热循环以及直接从高温冷却下来时的应变历史和残余应力产生的机制。结果表明，前者存在残余压缩塑性应变，后者存在残余热收缩应变。两者对产生残余应力的作用完全是等价的，为了统一概念，建议引入固有应变理论。固有应变包括焊接过程中产生的塑性应变，热应变和相变应变，残余应力是在固有应变源作用下构件自动平衡的结果，消除焊接残余应力必须去除固有应变源，此外对若干容易混淆的问题进行了讨论。     

焊接应力变形原理若干问题的探讨(一)

在焊接加热和冷却过程中,组成焊件的小窄条之间不可能存在完全刚性拘束,端面不可能保持平面,会分别产生凸出和凹进,平截面假设不成立。不用平截面假设也可以得到类似的焊接残余应力分布。焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应变,焊缝和近缝区残余压缩塑性应变分布和大小的传统观点不成立。提出新的近似用熔池最宽处温度分布表示的拉伸塑性应变分布原理图及其相应的计算公式。     

关于焊接塑性应变的计算与讨论

采用数值模拟的方法计算了平板熔焊对接接头的纵向塑性应变的分布和动态演变过程.就目前学者所提出的焊缝存在的拉伸塑性应变的观点与传统的残余压缩塑性应变理论所存在的分歧,对比了考虑熔化现象和不考虑熔化现象两种情况,分析了焊缝中心和热影响区焊接准稳态时纵向塑性应变的变化规律.结果表明,考虑熔化现象和不考虑熔化现象纵向塑性应变结果基本相同,在焊接加热过程中所产生的压缩塑性应变始终大于冷却过程中所产生的拉伸塑性应变,在考虑熔化现象的情况下,其热影响区也始终处于压缩塑性应变状态,只是在移动热源经过后,其压缩塑性应变值在冷却的过程中有所减小.     

关于焊接残余应力形成机制的探讨

分析了关于焊接残余应力形成过程描述的传统观点的局限性和不足,指出材料力学的“截面法”不能用于分析横向残余应力分量。认为在不考虑材科相变的前提下,焊缝金属冷却时收缩受制也是导致焊接残余应力产生的重要原因。虽然残余压缩应变和残余收缩应变在导致焊接残余应力产生的作用方面是等价的,但其机理却有本质的不同,区别二者有利于研究和开发新的焊接残余应力调控技术。对固有应变理论进行了分析和补充,认为应统一到拉伸塑性应变上。用钢板上堆敷锡钎焊焊道的方法,在母材温升值低于塑性应变所需温差的条件下,由盲孔法测得了板上大范围分布的高值残余应力,且因焊道和母材的线膨胀系数差异较大,其应变测试值与环境温度有关。     

不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟结构分析

对不锈钢凝固裂纹的驱动力邓熔池尾部应变场进行了模拟。首先,通过单元再生方案,消除了焊接构件中熔池有对熔池尾部应力应变场的影响。其次,通过加大材料的线膨胀系数,２了凝固收缩对熔池尾部应力就变场的影响,最终得到了各种条件下的焊接应力－应变场。引外,本文将机械庆变随时间变化绵关系曲线处理成机械应变随温度变化的关系曲线,从而获得了凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹驱动力,为凝固裂纹的预测奠定了基础。     

建筑钢结构焊接应力应变控制基本要素

建筑钢结构体系是一个庞然大物,一个钢结构焊接工程用钢量少则上千吨,多则几万吨到十几万吨;同时建筑钢结构体系也是一个完整有机的受力体系,承受自重和自然界的各种交变荷载。结构体系复杂不仅仅是造型和采用大规格新钢种,结构体系的高耸也是其中之一;自然状况的变化,使建筑钢结构体系受力不同于其他结构,仅对阴阳面受力分析来看,状态十分复杂。断面相同、材质相同的构件,在同一时间承受不同的荷载,而这些不断变化的复杂荷载全部由建筑钢结构焊缝分担,因此焊缝就是关键;特别是系统焊接应力应变的控制成为目前学术争论的焦点。以焊接应用技术理论为指导,以工程实践为依据,对建筑钢结构焊接应力应变控制进行简析。     

关于焊接应力变形两个问题的进一步探讨

讨论了焊缝是否存在压缩塑性变形问题和拉达伊D应力应变原理图存在的问题。指出刚刚经历熔化—凝固过程的焊缝不存在压缩塑性变形 ,一直承受拉伸塑伸变形。拉伸塑性变形区的范围要比拉达伊D的原理图上给出的大得多 ,对拉达伊D的原理图进行全面修改 ,提出新的焊接热应力应变原理图。在新原理图中 ,三组曲线分别是升温—降温、压缩—拉伸和拉伸弹性—塑性变形的分界线。将等温线所处的温度明确为熔点 ,它包围的区域为熔池。取消弹性卸载区的提法 ,改为弹性变形区。整个焊接板由弹性变形区、压缩塑性变形区、拉伸塑性变形区和熔池组成。     

40Cr/QCr0.5固态焊中的等效压缩变形与应力应变

对表面经激光淬火的40Ct与QCr0．5的固态压接的升温、保温过程中存在的等效压缩变形现象及其产生进行了阐述，并在试验基础上对伴随等效压缩变形的应力应变进行了分析。结果表明：等效塑性压缩变形是焊件在升温、保温过程中受约束压力作用不能胀大而产生的塑性变形的累积，它提供了形成固相焊接接头所必需的塑性变形。等效压缩变形使焊件在被约束方向上的尺寸保持恒定，而约束压力则在试样屈服极限的变化和应力松弛的综合作用下发生增大、持平、快速减小直至缓慢减小的变化。     

基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟

地铁作为一种重要的交通工具,在城市生活中起着越来越重要的作用,地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点. 选用3D高斯+双椭球热源,采用固有应变法,对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟. 在模拟现有约束情况的基础上,另外设计了3种约束情况. 结果表明,采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好,x,z向最大变形都出现在方案2中,分别为2.46和13.13 mm,y向变形稳定在1.63 mm左右;将变化率方差最大的角变形作为评价标准,得到方案4最合理,角变形最小为1.21°.     

考虑焊接顺序的电力机车枕梁焊接变形预测

根据枕梁实际建造工艺,利用基于固有应变理论为基础的焊接变形分析系统软件Weld-Sta对电力机车枕梁的焊接变形进行计算. 首先采用分步装焊模拟法,单独建立每一步的有限元模型,并设置相对应的焊缝,然后对每一步的焊接变形进行单独计算,再将各步结果进行叠加得到最终变形结果. 然后采用整体同时焊接模拟法,一次性计算整个模型的所有焊缝同时焊接后的变形,最后将两种方法的最终变形结果与实测数据进行比较. 结果表明,考虑分步焊接的方法更接近实测数据,从而验证了该方法的可靠性,为枕梁建造工艺的设计提供了理论指导.     

板厚对P70货车端墙焊接变形影响的数值模拟

采用固有应变有限元方法,求得整个端墙焊件的变形和残余应力,在不同板厚下比较端墙结构的焊接变形量大小。随着板厚的增加,P70货车端板焊接变形量减小,可以通过改变板的厚度来改变端墙结构的变形量。     

焊接速度与T型焊接接头固有应变的相关性

采用热弹塑性有限元方法对T型焊接接头固有应变与焊接速度之间的相关性进行研究。基于有限元软件Sysweld计算得到焊接速度为5~11 mm/s等7个方案下的横向、纵向和等效固有应变值,并绘出焊接速度与横向、纵向和等效固有应变的曲线图,再通过数值分析方法计算其线性相关系数r以验证其线性相关性。结果表明,焊接速度与T型接头横向、纵向及等效固有应变存在良好的线性相关性,且横向固有应变受焊接速度的影响最大,纵向固有应变受焊接速度的影响较小。采用最小二乘法拟合出最佳趋近直线。     

基于固有应变法的转向架构架焊接变形数值模拟

使用SYSWELD中的固有应变法对转向架构架进行有限元分析。采用三种不同焊接方向的方案对构架变形进行数值模拟,模拟得到每种方案下构架各方向上的焊接变形。结果表明,使用固有应变法能够对大型构件进行焊接模拟;不同方向下的焊接变形趋势一致,但在不同位置上构架的变形不相同;可以设计适当的焊接方向,使产生的变形和弯曲减小。     

大型重载复杂轮廓真空室领圈焊接变形控制

窗口领圈是聚变堆真空室的关键部件,在与真空室窗口颈管焊接成一体后不能整体加工矫形,所以对窗口领圈制造精度和质量要求很高. 为获得较高的制造精度,采用相对于其它熔焊变形量较小、精度较高的电子束焊接对CFETR窗口领圈进行拼焊,根据固有应变理论计算出焊接的固有应变量导入软件,模拟窗口领圈在不使用夹具约束时四种拼焊方案的焊接变形情况,确定最优的焊接顺序和夹具约束方案,再对使用夹具约束时窗口领圈的焊接变形进行计算模拟. 结果表明,窗口领圈采用不同的焊接顺序,变形量也各不相同,夹具约束能有效减小焊接变形. 其结果为窗口领圈的实际拼焊过程提供了参考.