约束状态对SUS304薄钢板单面激光焊接变形的影响

为了揭示约束状态对SUS304不锈钢薄板单面激光焊接变形的影响,进行了不同约束状态下的薄板激光焊接实验及其焊后变形的几何测量。根据脉冲激光焊接工艺条件进行约束方案设计,利用激光焊接系统对0.4 mm厚不锈钢板进行自熔性对接焊,通过三坐标测量获取四种不同约束状态下的薄板焊接几何变形增量。结果表明,约束状态是影响薄钢板焊接变形的关键因素,变形量随着约束强度增加而减小,变形程度是单边约束双边1/3约束双边2/3约束对边预紧且双边约束;不同方案下的厚、横向变形范围分别是2.088～3.616 mm和0.631°～1.10°,位移约束使焊件纵向上弯曲变形减少,预紧力使焊缝横向收缩减小。合理设计约束状态可以控制SUS304不锈钢薄板焊接变形程度。     

反向变形约束在梁类件焊接变形控制中的应用

为减小梁类件焊后变形,通过施加反变形量来控制焊接变形。以某车型横梁为例,首先分析未采取反向变形约束状态下横梁的焊接变形,得出横梁在自由状态下的焊接变形规律及数值,并进行实物验证;然后预设了5种反向变形约束方案,分别进行模拟分析,并通过数值模拟寻优,确定出最佳反变形量施加的位置和量级。结合分析结果,以试制的方式对所提及的算法进行验证,并制作一套柔性焊接工装夹具,在反变形施加位置加紧约束,通过调整夹具上垫片厚度来调节反变形的施加量。通过实物验证,当反变形量为4 mm时,焊后变形量在1 mm以内,与模拟分析结果吻合。该方法可有效控制梁类件的焊后质量。     

航空发动机转子组件电子束焊变形预测

航空商用发动机组件尺寸精度要求较高,且组件焊接后盘心位置不能进行机械加工,因此采用数值模拟的方法对转子组件进行焊接变形预测. 试验将基于热弹塑性理论计算提取固有应变数值;通过理论计算得到GH4169合金电子束焊缝的固有应变值,分析焊接工艺参数对焊缝固有应变的影响规律;建立结构件模型,分析焊接工艺、焊接顺序及工装条件下组件焊接变形. 结果表明,相比于第一,第二和第三级盘,第四级盘心轴向变形最大,且通过增大扫描速度和改变约束方式的方法可以有效减小焊接变形,从而完成对转子组件焊接变形进行预测和控制.     

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.     

考虑夹具接触约束的FSW焊接变形的固有应变法预测

为高效高精度地预测大尺寸结构FSW焊接变形,基于考虑夹具接触约束的热弹塑性仿真结果,在分析塑性应变的区域分布特点的基础上运用固有应变法进行分区映射,发展了一种有效的焊接变形预测方法.针对小尺寸6061-T6铝合金板材FSW焊接,将接触约束状态和固定约束状态下的焊后变形预测值与实验值进行了对比分析,结果表明接触约束状态的...     

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。     

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.     

大型真空室焊接部件焊接变形预测与控制方法

真空室焊接部件在焊接过程中会产生较大的焊接变形,采用合理的焊接顺序及施加外部性约束可以在焊接过程中控制焊接变形. 根据固有应变理论给出了不同焊接接头固有应变的计算方法及应变在软件中的施加方法. 对真空室PS1段的四种焊接方案在无外部约束时的变形情况进行研究,根据无外部约束时PS1段的变形情况,确定了最优焊接顺序方案,制定了外部约束施加方法,并对有外部约束时PS1段的焊接变形进行计算. 结果表明,不同的焊接顺序其变形量不同,施加外部约束能够使焊接变形量明显减少,为实际加工生产提供了理论参考依据.     

单元类型对焊接数值计算精度的影响

焊接数值模拟分析过程中,在保证网格质量的前提下,单元类型及网格类型的选择对计算结果的精确性产生明显影响。以大型有限元分析软件Marc为计算工具,采用四面体网格和六面体网格对平板对接接头进行离散,同时分别采用一阶单元和二阶单元进行分析。结果表明:四种单元类型下的焊接仿真变形趋势与实际焊接变形趋势一致,但是计算结果有较大差异。当焊接方法为MAG焊,网格尺寸为2 mm时,采用六面体8节点单元能较好地模拟焊接结构的变形情况。但是当焊缝位置网格尺寸发生变化时,如何选取单元类型需要进一步的分析。     

不同拘束条件下坡口间隙对焊接变形的影响

坡口间隙的存在及其在不同拘束条件下会对焊接变形产生不同影响. 以平板对接多层多道焊为研究对象,将坡口间隙作为考虑因素添加到焊接数值模拟模型中,采用试验测量与焊接仿真相结合的方法,在不同拘束条件下研究坡口间隙对焊接变形的影响效果,为进一步利用数值方法解决焊接变形问题提供了参考依据. 结果表明,相同拘束条件下,有无坡口间隙对焊接变形趋势影响并不明显,但对残余变形数值大小影响显著,且在弹簧拘束条件下焊接变形结果差别最大;被焊平板存在坡口间隙时,弹簧拘束条件下的模拟结果与自由状态下焊接试验获得的焊接变形结果最为一致.     

Efficient Simulation of Welding Distortion in Large Structures and Its Reduction by Jig Constraints

Two large construction machinery structures were welded separately with and without jig constraints. The welding distortion of the entire structure was measured by a 3D coordinate measuring system and simulated by elastic FEM using the inherent deformation method. To obtain an accurate inherent deformation, a thermal elastoplastic FE analysis of simple one-side fillet joints with and without jig constraints was performed. Efficient simulation of welding distortion in large structures was accomplished by applying inherent deformation in a localized region, and the effect of jig constraint on the reduction of welding distortion was clarified. The computation of inherent deformation, the weld zone definition and the conversion of inherent deformation into inherent strain were automated. Measured and computed welding distortions in large structures had a good correspondence with respect to both tendency and magnitude. Further investigation of jig configuration was performed for enhanced reduction of welding distortion. Alternative controlling techniques for common welded structures were also addressed.     

薄板激光焊接热变形的检测

主要对5052铝合金薄板在激光焊接中的变形过程进行了全程监控,对焊接变形量进行了精确测量并得到焊接过程中待测点的变形量随时间变化的曲线.相对于传统的变形测量而言,采用独特的非接触数字图像相关技术全场测量法对激光焊接变形进行精确的测量,使用三维云图再现了变形量,并在不同焊接参数下对焊接变形量进行研究,得到焊接变形量随激光功率的增加而增加,随焊接速度的增加而减小,随着离焦量负值变为正值而减小.待测点的变形量在焊接过程中呈现持续增长的趋势,但是在不同的时间增长的速度不同.     

7050铝合金搅拌摩擦焊动态再结晶组织影响因素

进行了不同旋转频率和焊接速度下的7050铝合金搅拌摩擦焊试验,研究了搅拌头旋转频率和焊接速度对焊核区晶粒尺寸的影响．为进一步分析焊接参数影响焊核区晶粒尺寸的机理,进行了不同应变速率和变形温度下的等温压缩试验．分析了变形参数对动态再结晶的影响规律．结果表明,焊核区晶粒尺寸随搅拌头旋转频率的变化不大,随焊接速度的增加而减小．在发生完全动态再结晶的范围之内,再结晶晶粒尺寸随着lnZ值的增大而减小．焊接参数对z参数具有不同的影响规律,进而影响焊核区晶粒尺寸．     

电塑性摩擦焊接过程的动态再结晶数值模拟

摩擦焊过程中界面的塑性变形是摩擦焊的核心，中以宇航工程常用的构件材料LY12合金为研究对象，建立了电场条件下棒状试件摩擦焊的热力耦合塑性成形有限元分析模型，获得了焊接过程中焊接界面处材料的温度场、应变场、应力场、电场强度等物理参量场，并应用Yada模型建立了LY12合金摩擦焊接过程显微组织的演化模型，计算了摩擦焊接过程动态再结晶区的分布及再结晶区晶粒的尺寸，并分析研究了上述场变量对电场条件下连续驱动摩擦焊成形工艺及成形件质量的影响。     

汽车白车身焊装夹具柔性通用化NC单元的研制

基于现今伺服电机、其精确的配套控制程序以及现代CAD/CAM等先进制造技术,利用CATIA软件对汽车白车身焊装夹具柔性通用化NC单元进行设计,以实现汽车焊装夹具结构和焊装夹具线体的柔性化,从而提高焊装夹具的生产效率和精度,提高汽车制造行业的自动化和标准化进程。     

工艺参数对板管间接点焊过程的影响

针对板管间接点焊过程中焊接变形较大,引起接头质量难以保证的问题.通过采集电极位移曲线,研究板管间接点焊过程中膨胀量和变形量的变化规律,分析不同焊接工艺参数(焊接电流、电极力和焊接时间)对该点焊过程的影响.结果表明,板管间接点焊焊接阶段,膨胀过程与变形过程相互耦合;保持阶段,在电极力作用下,焊接变形进一步加大,最大变形量随着电极力的增大和焊接热输入的增多而线性增加.发生喷溅时,电极位移曲线出现阶梯状畸变,可利用位移曲线斜率的变化评判该点焊的喷溅现象.研究结果为板管间接点焊过程在线监测与质量控制提供理论指导.     

基于二维DIC技术的电阻点焊板件变形分析

结合二维数字图像相关技术(DIC),针对焊接电流、通电时间及电极力对电阻点焊过程中工件翘曲变形量的影响规律进行了深入研究和讨论. 结果表明,利用二维DIC技术获得的工件变形过程与电阻点焊各个阶段相吻合,而且具有较高的精确度. 随着焊接电流和通电时间的增大,熔核形成造成的翘曲变形增大;随着电极力的增大,熔核形成造成的翘曲变形减小,同时电极下压造成的变形增大.二维数字图像相关技术在电阻点焊过程中的首次尝试为电阻点焊工艺的研究和焊接质量的提高提供了新的方法,对电阻点焊工艺的发展和完善具有重要意义.     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.