不同工艺方法下Q345NQR2钢薄板变形的控制对比研究

针对铁路货车侧墙焊后变形问题,采用顺序热力耦合法和固有应变法,以铁路货车侧墙单元模块为对象,采用有限元数值仿真方法,分别在相同焊接顺序下对采用塞焊和电铆焊2种焊接方法的2种不同焊点布局的薄板焊接变形进行计算和相应试验验证。通过将数值仿真与试验对比,验证数值仿真结果的准确性,并得出以下结论:塞焊、电铆焊2种焊接工艺下,侧墙单元结构薄板的最大焊接变形位置均位于底板中部;无论是塞焊还是电铆焊,当采用相同焊接方法时,采用间距大的焊点布局会得到较好的焊接变形控制结果;在相同焊点布局下,相较于塞焊工艺下的焊接变形,采用电铆焊焊接更易于控制焊接变形,且在所研究的2种间距布局下,电铆焊工艺的最大变形亦小于塞焊的最小变形。     

基于固有应变法的地铁侧墙FSW焊接变形仿真

针对地铁列车铝合金地铁侧墙焊后变形问题,基于顺序热力耦合法和固有应变法,建立了完整的6005A-T6铝合金地铁侧墙搅拌摩擦焊有限元模型,并对其焊接变形进行仿真预测。首先,运用组合热源和顺序热力耦合方法,对侧墙局部结构进行三维热弹塑性有限元分析,提取结果并计算固有应变;然后采用固有应变法对全尺寸地铁铝合金侧墙模型进行弹塑性计算,获得地铁侧墙结构的焊接变形结果,并与实际测量值进行对比分析。结果表明,模拟计算得到的焊接变形趋势与实验结果相同,且模拟变形量与实验测量值之间的误差在20%以内,为地铁侧墙的实际生产提供了理论依据。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20095061 大型客车侧墙薄板结构焊接变形的数值模拟／同俊霞…／／焊接学报．-2009,30（5）：109-112 铁路客车侧墙薄板结构的焊接变形主要是焊后失稳变形,通过选择包括连续焊、电铆焊、断续焊和塞焊代表性的区域,利用热-弹塑性数值模拟与解析法相结合的方法,计算薄板结构的焊后失稳变形。     

基于固有应变法的激光复合焊车体侧墙焊接变形数值模拟

基于固有应变法,采用3D高斯+双椭球热源模型预测某高速列车8 m侧墙部件在不同焊接顺序和不同约束方式下激光复合焊的焊接变形.结果表明,该侧墙部件厚度方向变形受焊接顺序影响较大,优化焊接顺序可将侧墙厚度方向的变形降低约13％.焊接约束条件对侧墙部件弧面轮廓度及弧面弦长宽度影响较明显,对整体长度变化影响不大.该侧墙部件焊接首尾两端及中间部分实施合理约束可有效控制变形,相比于无约束,厚度方向最大变形降至25％,宽度方向最大变形降低至10％.经模拟结果与试验实测对比可知,该侧墙部件在其工艺条件下的热源模型选取有效、合理,测量点数值模拟与实际试验吻合较好,绝对误差小于1 mm.     

P70端墙结构的焊接变形仿真与控制

货车端墙结构在焊接过程中由于焊缝处收缩产生压应力导致端墙结构失稳,产生波浪变形,一方面使结构强度降低,另一方面影响了表面的平整和美观。采用固有应变有限元法可以避开整个焊接过程,着眼于焊接以后在焊缝和近缝区存在的固有应变,找出固有应变大小和分布与焊接参数以及焊件尺寸等的关系,将固有应变作为初始应变值进行一次弹性有限元计算,就可以得到整个焊件的残余应力和变形。通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小。同时在仿真模型的基础上,研究不同线能量对焊接变形的影响程度。     

大型客车侧墙薄板结构焊接变形的数值模拟

铁路客车侧墙薄板结构的焊接变形主要是焊后失稳变形,通过选择包括连续焊、电铆焊、断续焊和塞焊代表性的区域,利用热-弹塑性数值模拟与解析法相结合的方法,计算薄板结构的焊后失稳变形.结果表明,横向加强筋和纵向加强筋与薄板连接时所采用的断续焊和塞焊工艺是产生薄板失稳变形的主要原因.薄板自由边的存在明显降低失稳载荷,增大失稳变形量.对焊接变形进行了实地测量,模拟结果与测量结果相吻合,说明数值模拟具有可靠性.     

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。     

货车侧墙薄板结构的焊接变形预测与控制

货车侧墙薄板结构在焊接过程中由于焊缝处收缩产生压应力导致侧墙板失稳,产生波浪变形,一方面使结构强度降低,另一方面影响了表面的平整和美观,有效预测和控制它的焊接变形是个难题.基于固有应变等效载荷的有限元方法,对货车侧墙的焊接变形进行预测,分析其焊接变形的规律.结果表明,仿真数值与实测数值基本一致.同时在此仿真模型的基础上,通过正交设计方法调整设计参数与焊接参数,研究不同因素对焊接变形的影响程度,最后得出最优方案,从而为控制薄板侧墙的焊接变形提供理论根据.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

货车侧墙薄板结构在焊接过程中由于焊缝处收缩产生压应力导致侧墙板失稳,产生波浪变形,一方面使结构强度降低,另一方面影响了表面的平整和美观,有效预测和控制其焊接变形是个难题。基于固有应变等效载荷的有限元方法,对货车侧墙的焊接变形进行预测,分析其焊接变形的规律。结果表明,仿真数值与实测数值基本一致。     

不锈钢侧墙焊接有限元分析及变形控制

在轨道地铁车辆生产制造过程中,采用梁柱结构的不锈钢车体侧墙具有尺寸较大、焊接部位多等特点,如何预测和控制焊接变形,保证设计尺寸是轨道车辆制造工厂中迫切需要解决的课题。对侧墙单元焊后平面度情况进行长期跟踪测量,发现侧墙单元焊接变形规律;建立局部、整体有限元模型,使用有限元仿真软件对焊接变形进行仿真模拟,分析侧墙单元变形趋势原因,并提出施加焊前反变形和增加工艺横梁两种控制措施;验证该控制方法的可行性,对工厂控制不锈钢侧墙单元焊接变形具有重要意义。     

外部约束对薄壁高温合金尾喷管焊接变形的影响

以壁厚为1 mm的高温合金尾喷管为研究对象，基于热-弹-塑性有限元法与固有应变法，研究外部约束对薄壁高温合金尾喷管工件焊接变形的影响。通过焊接工艺试验和热-弹-塑性有限元法仿真，进行焊接热源校核，获得对接接头的固有应变和材料模型参数。建立全尺寸三维尾喷管焊接有限元模型，基于固有应变理论的弹性有限元方法，利用平板对接获得的材料模型参数，计算不同外部约束对尾喷管工件焊接变形的影响。结果表明：进气口约束对控制尾喷管焊后变形起主要作用，在进气口施加约束时，工件变形最小，为2.39 mm,变形发生在尾喷管内环与外环弧形焊缝位置。通过尾喷管组件产品焊后变形测量与仿真结果对照，验证了仿真计算方法的准确性，固有应变法可适用于薄壁尾喷管焊接变形预测。     

薄板结构焊接残余应力的数值分析

运用有限元方法,对大型客车车身薄板结构焊接时采用的电铆焊、连续焊、断续焊及塞焊的残余应力进行了热-弹塑性数值模拟.分析了连续焊缝、电铆焊和塞焊残余应力分布特点.结果表明,电铆焊、塞焊、断续焊所产生的应力场为波浪起伏的不均匀拉应力,不会造成薄板结构的失稳变形.而连续焊时焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力,此压应力造成薄板结构的失稳变形.模拟结果为薄板结构焊后失稳变形的评判提供了理论参考.     

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.     

不锈钢车顶结构焊接变形的数值模拟及试验研究

采用数值模拟及试验的方法对不锈钢车顶焊接产生的变形进行研究。针对城轨车体构件建立了固有应变模型,并通过模拟分析了自由变形阶段、焊前装夹后阶段、焊后装夹释放前阶段、焊后装夹释放后阶段等四个阶段完成后车体典型位置的变形情况。通过试验验证结果表明,模拟结果同试验实测结果的误差约为20%,可以较好的反映变形趋势。焊后装夹释放前阶段和焊后装夹释放后阶段的变形较大,变形最大的位置在车顶结构的两侧受装夹拘束较小的位置。     

电铆焊工艺在薄板焊接上的应用

对电铆焊技术在薄板焊接结构制造中的应用进行了系统研究,通过电铆焊的系列焊接工艺试验及焊接工艺评定试验,优化了电铆焊的焊接工艺参数,验证了电铆焊工艺的合理性,提出了适合于薄板蒙皮结构的最合理加工孔参数及焊接工艺参数。其电铆焊工艺的变形程度明显小于塞焊工艺,可以显著降低焊接变形,大大减少工件的矫平工作量,保证了结构件的外观质量,提高了车辆的商品化程度。     

基于固有应变法预测双丝CO_2气体保护焊液压支架顶梁变形

采用双丝CO2气体保护焊方法焊接30 mm厚Q690D钢板全尺寸液压支架顶梁.基于温度热源和热弹塑性算法对局部顶梁结构焊接变形进行计算,获得焊接固有应变,然后将固有应变施加在全尺寸壳单元顶梁模型上进行弹性计算,最终得到液压支架顶梁结构的焊接变形.结果表明,结合小结构模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能高效预测大型结构的焊接变形且能保证一定精度,预测的液压支架顶梁焊接变形结果与试验结果符合较好;液压支架顶梁的焊接变形主要为角变形,且两侧分布不对称.     

平板对接焊接变形的数值模拟

本文借助于ANSYS有限元分析软件,采用半椭球热源模型与生死单元法对厚度为8mm的低碳钢平板对接熔化极气体保护焊焊接过程进行数值模拟,分别模拟了单面双道焊和双面焊两种不同工艺条件下焊接的温度场、应力场及焊接变形并进行比较。结果表明：单面双道焊的焊缝截面积较大且沿板厚不对称,施焊后焊件所产生的横向收缩量及翘曲变形较大。通过实际施焊及检测验证了模拟结果的准确性。     

复合热源模型在电子束焊接仿真中的应用

以焊接模拟软件SYSWELD为平台,用双椭球+圆锥复合热源模型,对56 mm厚的304不锈钢板进行模拟研究,并通过工艺试验对改进型的复合热源模型加以验证。试验结果表明:采用双椭球+圆锥复合热源模型可以准确地勾勒出56 mm厚的304不锈钢板电子束焊焊缝横截面的熔池轮廓。使用复合热源模型计算的变形场、应力场结果同传统圆锥体热源计算结果存在较大差异,复合热源模型能更准确地预测厚板料不锈钢电子束焊引起的变形与残余应力分布。     

薄壁低碳钢管焊接变形的数值模拟

基于泛用软件ABAQUS,开发了适用于模拟熔化焊产生的温度场、应力场和应变场的热弹塑性非线性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型和采用双椭球高斯体积移动热源,对低碳钢薄壁钢管的焊接温度场和焊接变形进行了数值模拟.同时还采用焊接机器人实际进行了低碳钢薄壁钢管的焊接,并实测了钢管的焊接变形.结果表明.数值模拟得到的变形和...     

管板接头三维焊接变形的数值模拟

采用三维热弹塑性有限元法对管板接头的焊接变形进行数值模拟。研究了不同计算模型和焊接条件下接头的收缩和平板上开孔的位置和形状的变化。比较了半周模型和全周模型，固定热源和移动热源，单道焊和多道焊下的分析结果。为预测管板接头的焊接变形，控制制造精度提供了有价值的数据和方法。