基于轮廓法测试钛合金线性摩擦焊接的内部残余应力(英文)

采用轮廓法测试TC17钛合金线性摩擦焊接的内部应力。该方法是一种较新的能获得构件内部应力全貌的破坏性测试技术。首先将测试试件切割成两半,然后测试因应力释放而造成的切割面变形,最后将切割面的测试轮廓作为线弹性有限元的边界条件计算垂直切割面的内部残余应力。分析TC17线性摩擦焊接内部残余应力的分布特征。测试结果表明:TC17钛合金线性摩擦焊接头距焊缝中心12 mm区域的内部残余应力为拉伸应力,峰值拉伸应力出现在焊缝中心位置,达到360 MPa(约为TC17钛合金屈服强度的1/3);焊缝区域残余应力沿厚度分布不均匀,内部应力大于上下表层区域的应力。     

钛合金大厚板窄间隙焊接接头三维应力数值模拟计算

基于热-力耦合的焊接热弹塑性有限元法,建立运动电弧作用下的二维体热源模型.采用"生死单元"技术实现焊缝的顺序生长来完成温度场的计算;选择平面应变模型,计算大厚度多道焊接的残余应力,最终得到钛合金厚板焊接过程温度场和应力场分布以及厚板焊接接头的三维应力的分布规律,并与钛合金厚板应力测试结果进行对比验证,两者很接近.该研究结果为钛合金厚板焊接接头残余应力的研究提供了参考.     

钛合金厚板电子束焊接残余应力模拟研究

采用有限元软件深入分析了钛合金厚板电子束焊接接头的温度场和应力场,考虑了装配间隙的影响,基本掌握了残余应力的分布规律。结果表明:残余应力主要集中在焊缝及HAZ位置,超出该区域后,应力迅速下降。试件内部厚度方向残余拉应力较大,最大值在650 MPa左右,不可忽视。横向残余应力在焊缝的上下表面处均为压应力,与传统的电弧填丝焊后应力状态相反。相比于不留装配间隙,当间隙不超过0.1 mm时,残余应力基本不变。焊后最大等效应力接近材料屈服强度,需要采取优化焊接工艺或者消应力处理等方法,避免叠加工作应力后导致的结构失效问题。     

套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

连续油管T型焊接接头残余应力场数值模拟

采用有限单元法,模拟了连续油管ERW直焊缝与TIG环焊缝交汇处T型接头残余应力场的分布情况.结果表明,焊接残余应力集中分布在两种焊缝附近,最大残余应力出现在TIG焊缝起焊位置.由于ERW直焊缝经历了两种热处理过程.使得该焊缝附近残余应力较小,最大应力约为220MPa;TIG焊缝未经历任何热处理过程,因此焊接残余应力较大,最大应力约为628MPa.由此说明热处理技术能够较好地消除焊接残余应力.     

焊接顺序对钛合金H型单桁条结构残余应力分布的影响

利用有限元分析法模拟计算了不同焊接顺序下TC4钛合金H型单桁条结构双激光束双侧同步焊接过程的应力应变场,对三种焊接顺序下焊后应力分布进行了对比分析。研究表明:不同焊接顺序下,钛合金H型单桁条结构的始焊、终焊位置以及焊缝附近均存在较高的应力水平,随着远离焊缝区,残余应力呈降低趋势。当焊接顺序为自蒙皮中心焊至边缘时,焊后应力水平最低,其中峰值纵向拉应力和横向拉应力分别达到了970MPa和182MPa,说明该焊接顺序为最优方案。     

TC4钛合金对接板焊接残余应力仿真分析与试验验证

基于热弹塑性理论,通过顺序热力耦合方法对TC4钛合金TIG多层多道焊焊接残余应力场进行计算。在试验基础上,利用弹性有限元方法计算获得TC4钛合金应力释放系数,并采用盲孔法对焊接试板进行残余应力测试试验,将试验值与仿真结果进行对比,结果表明：焊接残余应力仿真值与试验值具有较高的吻合度,在焊缝及焊趾处存在较大的残余拉应力,且随着距焊缝中心距离的增加,残余应力值逐渐减小。     

TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征

采用热弹塑性有限元方法,对TiAl金属间化合物平板电子束焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,并分析了应力分布状态与裂纹特征之间的关系.结果表明,沿焊缝方向σx为残余拉应力,在焊道中部维持在较高水平,最高拉应力为390MPa.焊道中部横截面σx方向为残余拉应力,在热影响区附近达到最大值415 MPa,σy方向也为残余拉应力,且在距焊缝中心1.9 mm处达到最高值160 MPa左右.在不同焊接热输入条件下接头最高抗拉强度为304.7 MPa,断裂发生在接头热影响区附近,即残余应力最大的区域.     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

300M钢电子束预热与焊接复合加工后的残余应力测试

采用盲孔法测量了电子束预热与焊接复合加工300M超高强度钢板的残余应力分布。结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力以拉应力为主,横向残余应力以压应力为主,焊缝中心的最大纵向和横向残余应力分别为34.3和9.2 MPa;最大残余拉应力峰值出现在母材区,其应力值约为208.3 MPa,远低于母材屈服强度。沿焊接方向残余应力变化不大,可近似认为其分布基本稳定。     

激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力分析

采用冲击压痕法,对激光-氩弧复合热源焊接镁合金AZ31B焊缝的残余应力进行了测量,分别测量了300mm长镁合金的焊接接头沿焊缝方向和垂直焊缝方向上的残余应力.在此基础上运用有限元分析软件建立了相应的残余应力场,补充和完善了实际测量的数据.在焊缝中间区域得到垂直于焊缝方向上的最大残余应力在200～300MPa之间;在距焊接接头的中5～10 mm处得到最大压应力值,一般小于100MPa.通过对实际测量和模拟数据的综合分析,基本掌握了激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力的分布规律和特征.     

基于逐层铣削法测量桥钢厚板焊缝区残余应力

桥钢厚板焊接常采用多层焊,由于焊接过程中焊缝区热应力作用和金属复杂相变过程,在厚度方向上产生了变化较大的焊接残余应力。目前,桥钢厚板内部残余应力的测量暂无统一方法,数值模拟分析也存在诸多困难。采用逐层铣削法对厚度为45 m m的对接焊钢板焊缝区沿焊缝方向的残余应力进行了测量,得到其沿焊缝厚度方向的具体分布情况。测量结果可为钢桥焊接残余应力数值模拟和钢桥疲劳研究提供参考。     

超声波冲击处理和焊后热处理对大厚度核电结构用钢焊接残余应力的影响

制造了核电结构用钢Q390B和Q345D大厚度焊接试板,采用小孔法和X射线衍射法(XRD)测试试板经超声波冲击处理前后及焊后热处理的表面残余应力,比较超声波冲击处理和焊后热处理对大厚板焊接残余应力的影响。研究结果表明:大厚度试板经覆盖焊缝和母材的超声波冲击处理后,焊缝表面横纵应力由高达400~550 MPa的拉应力降低至-200~-400 MPa的压应力,应力下降幅值达到700~800 MPa,未冲击区域的焊接应力不受影响;热处理后母材和焊缝的表面横纵应力分布均匀,最大拉应力幅值小于100 MPa,应力下降幅度为400 MPa左右。     

薄板T型接头双丝MAG焊接残余应力及变形有限元分析

采用ABAQUS模拟并分析6?mm厚T型接头双丝MAG焊的焊接温度场、焊后残余应力、焊接面外变形.约束条件分为两种:方案一,不对底板进行固定,焊接自由变形;方案二,焊接时对底板进行固定,冷却后解除固定.结果显示:在相同的热源下,两种方案的焊接温度场保持一致;方案一的角变形量较大,最大变形量约为1?mm,焊缝热影响区底板变形量约为0.2?mm,最大残余应力位于焊缝中心,约235?MPa;方案二的最大变形处位于焊缝中心,但面积较小,可忽略不计,故最大变形量位于底板焊缝热影响区附近,约0.3?mm,焊缝中心的最大残余应力约为180?MPa.由此可见,在T型接头焊接时,将底板进行固定,冷却后解除释放,可以降低焊接残余应力和焊接面外变形量.     

基于计算机模拟的钛合金线性摩擦焊接焊缝内部残余应力分析

基于轮廓法测量通过线性摩擦焊接的TC17钛合金接头内部残余应力是一个能够获得接头内部应力状况的全新破坏性技术。首先将试样切成两半;然后测量由于残余应力的释放而引起的平面轮廓的位移;最后将切面的测量轮廓作为边界条件,用线弹性有限元计算垂直于切割平面的残余应力。对TC17钛合金线性摩擦焊接接头的内部应力分布进行分析。结果表明,TC17线性摩擦焊接焊缝的拉伸残余应力主要集中在距离焊缝中心12 mm的区域内;拉应力峰值处于焊缝中心,达到360 MPa(约为TC17合金屈服强度的1/3);应力在厚度方向的分布是不均匀的,并且内部的应力大于邻近的顶部和底部表面的应力。     

AZ31B薄板镁合金DE-GMAW焊接应力场的数值模拟

针对2 mm厚AZ31B镁合金薄板的旁路耦合电弧焊(DE-GMAW)焊接过程,利用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到工件的温度场分布后,进行耦合计算得到工件的DE-GMAW焊接残余应力分布。在焊缝及其热影响区有较高的纵向残余拉应力,最大是72 MPa;在焊接起弧点和熄弧点有较高的横向残余压应力,最大是88 MPa;在垂直于焊缝的中心线上,距离焊缝中心15~25 mm处纵向残余压应力最大,达到45 MPa。     

焊接参数对Ti_2AlNb合金电子束焊接接头焊缝形状和残余应力的影响（英文）

采用有限元数值模拟方法预测Ti_2AlNb合金电子束焊接接头的残余应力,并通过实验加以验证。对比模拟与实验结果,本文的数值计算方法具有良好的精度。结果表明,焊缝中心区域呈现三向拉应力状态;其他焊接参数相同条件下,聚焦电流对焊缝形状及尺寸具有显著影响,从而影响焊接残余应力水平;对于Ti_2AlNb合金厚板电子束熔透焊接头,焊缝中心具有1000MPa左右的厚度方向应力;增大熔宽可降低厚度方向应力,进而降低接头裂纹倾向。     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

焊接结构机床件的残余应力测试研究

焊接机床床身凭借其设计制造过程周期短、效率高、绿色环保、柔性高、价格成本低等显著优势,具有很好的应用前景,将成为床身的发展趋势,近年来以钢板焊接结构代替铸铁件的趋势不断扩大。研究测试了国内外不同焊接结构机床件的残余应力,结果表明,所测床身的焊缝数量比较多,其最大残余应力为274. 4 MPa;滑鞍的结构尺寸较长(620 mm×2 700 mm×252 mm),属于矮长件,焊缝较长、筋板较多,其最大残余应力为300. 6 MPa;立柱的焊缝和筋板均相对较少、结构尺寸差异小,其最大残余应力为154. 9 MPa;所测国外某滑鞍的最大残余应力为129. 8 MPa,该滑鞍具有优良的结构设计、焊缝较少较短;优化结构设计、筋板布局和焊接工艺,采用合理的结构尺寸,减少和缩短焊缝是降低焊接结构机床件初始应力、获得高精度机床产品的基础。     

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。