大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。     

6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊数值模拟

为研究铝合金中厚板-节点套接头在多层多道焊后的残余应力和变形分布,本文基于ABAQUS软件建立了该接头三维有限元模型,采用双椭球热源、生死单元法以及顺序耦合法,对6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊进行数值模拟,并分析了接头的温度场,以及在夹具约束下的焊接残余应力及变形的分布情况。研究结果表明:数值模拟与实际接头的熔池形状吻合度较高;摆动焊接过程中温度曲线呈多峰结构;焊件的升温速率明显大于冷却速率,且冷却速率随时间逐渐减小;焊接残余应力主要集中在焊缝及夹具区域,且小于6061-T6铝合金在室温下的屈服强度;接头的最大横向残余应力为129.9 MPa,中厚板上的横向残余应力大于节点套上的横向残余应力;接头的最大纵向残余应力为132.9 MPa,沿焊接方向,焊缝处的纵向残余应力呈山峰状分布;该接头在Y轴方向上的变形最大,为1.494 mm,该接头的最终变形结果为上凸变形。     

Ti2AlNb合金电子束焊接头残余应力及变形的数值模拟

目的 研究平板对接电子束焊接过程中Ti2AlNb合金接头的残余应力及变形规律。方法 采用高斯圆柱体和高斯面组合热源模型模拟了6.6 mm厚的Ti2AlNb合金平板对接电子束焊过程,对比研究了高焊速高束流和低焊速低束流2种工艺参数下焊接接头的残余应力和变形分布规律,并用小孔法测量了焊缝中心及距焊缝中心10 mm位置的残余应力值。结果 在高焊速高束流参数下,获得了熔池体积小、熔池宽度窄(为3.62 mm)、深宽比高的焊缝;在该参数下焊缝横截面上的高应力集中区(应力在900 MPa以上)尺寸较小,其宽度仅为低焊速低束流参数下的89%;同时,在高焊速高束流参数下,焊缝法向变形最大值为0.79 mm,低于低焊速低束流参数下的0.82 mm;模拟计算所得残余应力与实测值的误差在5.64%以内。结论 高束流高焊速工艺具有热输入小、热量集中、加工效率高的特点,有助于获得高应力集中区域小、深宽比高、变形小的焊缝,比低束流低焊速工艺更具优势。     

T形接头冷丝填充双热源协同焊接数值模拟

为提高T形接头的焊接效率、降低其焊接变形,本文提出了冷丝填充双热源协同焊接的工艺方法,主要利用有限元模拟技术研究了厚度6 mm的5083铝镁合金T形接头双热源协同焊接温度场、应力场及变形特征.模拟结果显示,双热源热输入相同的情况下,T形接头焊接温度场在立板两侧呈对称椭圆形分布,椭圆长轴与焊接方向一致,热源后方区域的温度梯度小于前方,主要是同时受到电弧与凝固焊道热量的叠加作用所致,热量分布范围拓宽;底板x方向的纵向残余应力呈"多峰"状对称分布,近缝区以拉应力为主,应力峰值为111.6 MPa;远缝区以压应力为主,应力值随着远离焊缝而变大,原因是距离热源越远,焊接热应力越小,压应力峰值为73.4 MPa;立板y方向从底部到顶部呈从"拉"到"压"的演变趋势,纵向残余应力先减小后微增,近缝区应力峰值为183 MPa,远缝区应力峰值为33.5 MPa;T形接头的横向收缩变形最大,变形量峰值为1.727 mm,主要与熔池金属冷却凝固时横向剧烈收缩、"拉拽"热影响区和母材有关.     

不同焊接参数下CT70连续钢管高频电阻焊残余应力分布的数值模拟

目的研究CT70连续油管高频电阻焊接后的残余应力值和分布规律,以及焊接速度和挤压量等焊接参数对残余应力的影响。方法通过有限元计算的方法施加移动面热源和移动挤压辊,来模拟高频电阻焊的加热和加压过程,并用小孔法测量了高频电阻焊后连续钢管的残余应力值。结果对比计算的和实际的焊缝尺寸,均是内壁处为0.2 mm,壁厚中间部位为0.1 mm,内壁凸起高度为1.0 mm,宽度为2.1 mm,验证了有限元模型的准确性。计算得到的高频电阻焊后在焊缝处的轴向残余应力较大,在400～500MPa之间;环向残余应力较小,在-100～200MPa之间,与小孔法测量的残余应力一致。结论焊缝附近的残余应力主要由不均匀加热引起,远离焊缝处的残余应力主要由挤压引起。热源与挤压辊间距离和焊接速度增加会导致焊缝附近的残余应力增加;挤压量增加和焊接功率增加会导致焊缝附近的残余应力降低。     

对接试板焊接残余应力实测与数值模拟

使用压痕法对两副对接试板进行了表面焊接残余应力测试，并通过焊接有限元仿真获得了对接试板焊接残余应力分布规律，对比分析了表面残余应力实测和数值模拟结果。分析结果表明，焊接残余应力数值仿真结果和压痕法实测结果趋势一致，数值相差不大，残余拉应力峰值实测为599 MPa,仿真结果为597 MPa,表明数值模拟方法可预测焊接残余应力；焊缝及热影响区最大纵向残余应力属于拉应力，而最大横向残余应力为压应力，横向残余应力峰值低于纵向残余应力峰值；等效应力(Mises应力)峰值792 MPa,高于试板材料在常温下的初始屈服强度，表明该材料具有明显的加工硬化现象。     

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的 揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法 基于有限元（FEM）模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果 在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论 上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。     

焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响

为研究焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响,对采用药芯焊丝半自动焊接后的8 mm厚平板焊缝结构进行仿真模拟,在经验数值范围内设置不同的焊接工艺参数值,分析平板在横向和厚度方向的焊接残余应力分布情况。研究结果表明:横向的最大焊接残余应力分布在热影响区,且随着焊接速度的增大和焊接层间温度的降低而降低;沿厚度方向的最大焊接残余应力为115.92 MPa,位于平板中间层,随着焊接速度的增大而先减小后增大;平板焊接在横向的残余应力远大于厚度方向的应力。根据焊接残余应力的变化情况,运用二元回归分析法对横向和厚度方向的最大焊接残余应力进行函数拟合与检验,并开展多因素拟合模型的分析,得到焊接速度和焊接层间温度对焊接残余应力的综合影响规律。通过研究残余应力的变化趋势可选定焊接残余应力最小时的工艺参数范围,实现焊接工艺参数优化。     

基于Simufact的割草盘控制杆焊接成形质量控制研究

目的保证割草机割草盘控制杆焊后的装配精度和尺寸稳定性。方法采用Simufact Welding软件对割草盘控制杆焊接过程进行模拟仿真。通过建立合适的热源模型,得到焊后变形和焊接应力分布情况。结果椭圆板焊缝处为焊接变形最大的区域,最大总变形量为0.73 mm;焊后最大等效应力为395.59 MPa,且沿焊缝两侧向外扩展,等效应力呈递减趋势。结论通过工装优化方案,实现了焊后残余变形控制,最大变形量由0.73 mm降低到0.41 mm,且未引起焊接残余应力的上升,但焊后残余应力仍处于较高的水平,可通过焊后退火消除残余应力。     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

304不锈钢管TIG焊接头凝固行为及热力耦合研究

目的 对2mm厚不锈钢管的焊接工艺参数进行优化,并基于模拟仿真软件对接头的热应力场进行模拟,以解决薄壁管件接头应力测试不方便的问题。方法 以TIG焊对2 mm不锈钢管进行焊接,通过对接头宏观形貌、微观组织、显微硬度等结果进行优化进而得到最佳焊接工艺参数,采用双椭球热源和温度-位移耦合方法结合最优工艺参数进行数值模拟。结果 当焊接电流为150 A、焊接速度为66 cm/min时,焊接接头全部熔透,且正面及背面焊道均匀致密,成形良好。焊缝中心上部区域和下部区域均呈现等轴晶形貌,下部区域尺寸较上部区域尺寸略大,熔合线附近为柱状晶组织。焊接接头显微硬度整体分布呈现U形,其中热影响区显微硬度（197HV）大于焊缝区域硬度（162HV）,熔合线附近显微硬度达到最低值（145HV）。模拟结果显示,在焊接过程中,当纵向残余应力从母材向焊缝中心过渡时,由压应力逐步转化为拉应力;焊缝中心横向应力呈现为压应力,向两侧母材过渡时应力值逐渐趋近于0,径向应力值变化幅度较小,模拟数据变化趋势与实测数据变化趋势接近。     

振动焊接工艺效果研究

通过振动焊接与传统焊接方法的对比试验来研究振动焊接技术对焊接残余应力、焊接变形、焊缝及其热影响区组织、工件焊缝质量、热影响区疲劳寿命等的影响，得出该技术可以降低焊接残余应力、细化焊缝及热影响区组织、防止焊接裂纹和工件畸变，改善焊缝综合质量的结论，并成功应用于HT-7U项目中304L圆形大底板构件的焊接中，取得明显效果。最后，指出了振动焊接技术在我国工业应用中尚存在的几个重大问题，为推广该项技术指明了发展方向。     

Zr58Nb2.76Cu15.46Ni12.74Al10.34Y0.5非晶合金激光焊接接头微观结构及显微硬度表征

目的 探究激光焊接参数对非晶合金焊接接头的组织演变、焊缝成形、晶化程度等的影响规律,以及控制接头晶化的有效途径.方法 采用碟片激光器对Zr58Nb2.76Cu15.46Ni12.74Al10.34Y0.5非晶合金进行激光焊接,对比分析不同激光功率下,焊接速度对接头熔宽和晶化组织形成的影响规律,并对接头各区域微观组织特征...     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

钛/铝异种合金脉冲激光焊接接头裂纹产生机理

目的 对0.8 mm厚的Ti6Al4V钛合金和2 mm厚的AA6060铝合金薄板进行脉冲激光焊接,分析异种轻合金激光焊接裂纹产生的机理及界面结合机理。方法 采用扫描电镜、EDS能谱以及显微硬度计等微观表征分析方法,对焊接接头的形貌特征、成分以及显微硬度进行分析,探索焊接接头处裂纹产生的原因。结果 钛/铝脉冲激光焊接性较差,接头存在严重的裂纹缺陷,裂纹多集中在焊缝与铝母材交界处以及焊缝中心区域位置,主要以热裂纹为主;接头焊缝可能存在大量的Ti-Al金属间化合物以及少量未熔的钛,其界面层主要成分推测为层状TiAl和外层锯齿状的TiAl3;接头整个焊缝区域的平均显微硬度为HV0.1420,其硬度水平远远高于焊缝两侧铝合金母材,也高出钛合金母材很多。结论 钛铝金属间化合物使钛铝焊接接头焊缝区脆性增大,另外接头焊缝区存在较大的组织应力、热应力、拉压应力、拘束应力等复杂应力,致使焊缝内存在较严重的裂纹缺陷。     

振动CO2气体保护焊缝残余应力和接头显微组织分析

采用振动CO2气体保护焊对轻型汽车驱动桥壳进行了焊接。对被焊接工件在常规CO2气体保护焊、常规CO2气体保护焊后振动时效处理及不同激振频率下振动CO2气体保护焊三种工艺进行了对比,并就不同条件下的焊缝残余应力、焊接接头显微组织作了分析。结果表明,采用适当振动参数, 在较大振幅时,振动CO2气保焊接能有效减小焊接变形,降低焊接残余应力,最大主动应力降低幅度达到41.74%。熔合区和过度区变窄,焊缝和热影响区晶粒明显细化,由柱状晶转变为等轴晶,魏氏组织减少甚至消失。     

铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的 研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法 分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+ GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果 当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论 后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。     

铜与奥氏体不锈钢异种材料电子束焊接

目的研究不同参数下铜钢电子束异种焊接以获得符合要求的接头质量。方法以无氧高导热铜(OFHC)和奥氏体不锈钢(304)作为研究对象,控制扫描幅值、焊接速度等工艺参数,采用500 Hz真空电子束偏束"O"形扫描焊接的方式进行焊接。结果在电子束偏钢侧0.2 mm,电子束流为17 mA,聚焦电流为501 mA,焊接速度为600 mm/min的参数下,添加半径为1 mm,频率为500 Hz的圆形扫描波得到了抗拉性能为310.9MPa、硬度大于180 MPa的优质焊接接头。结论不同参数下的接头宏观均出现焊缝上表面下陷缺陷,接头铜侧热影响区存在大量颗粒状、块状、条状的铜钢固溶体析出相,接头钢侧热影响区存在宽度随扫描波幅值减小而减小的黑色过渡带。