焊接变形有限元数值模拟分析

环形薄壁焊接结构在生产实践中有着广泛的应用。在现行工艺条件下统计火焰筒衬套组件焊接变形基本规律。并采用有限元分析软件ANSYS模拟火焰筒衬套组件焊接过程,模拟马鞍与内环焊接过程的温度场及变形情况;模拟结果表明:径向最大变形为0.494mm,而在其对应的180°处变形为0.756mm。通过理论计算,内环与马鞍焊接后径向最大变形为1.25mm,与实际焊后测量结果相符。总结模拟变形规律,为控制焊接变形措施提供理论依据。     

ITER校正场线圈圆弧段真空压力浸渍充模数值模拟与实验

为优化国际热核聚变实验堆校正场线圈的真空压力浸渍工艺,对线圈圆弧段的充模过程进行了基于Darcy定律的数值模拟和工艺实验。对比了4种注胶方案的流动前沿和压力分布,确定了高效并能减少残留空隙的方案。优化的注胶口位置为沿长度方向1/4和3/4处,出胶口位置为沿长度方向两端和中间处。按优化工艺进行了试验,实测充模时间7.62×103 s,与模拟时间7.67×103 s接近。CT扫描显示试样内部被树脂完全填充,仅有少量空隙,大小约为100~200μm。试样绝缘性能优良,在10kV下漏电流小于1μA。试验结果表明了工艺模拟的可靠性,模拟方法可应用到整个线圈中,确定方案和技术参数。     

小口径厚壁12Cr1MoVG钢管焊接残余应力的数值模拟

以小口径厚壁12Cr1MoVG珠光体耐热钢管多层多道焊接接头为对象,使用有限元模拟软件,采用生死单元法,计算焊接接头中的残余应力。计算结果表明:焊接接头外壁焊缝附近区域的残余应力为压应力,母材端的残余应力变化幅度要比焊缝区的小;焊接接头内壁焊缝及热影响区的残余应力为压应力,而母材承受拉应力。通过对比可知焊接接头内、外壁轴向残余应力分布的计算结果与实测结果高度吻合,说明数值模拟方法可以为管状接头的焊接工艺评定提供便利、可靠的技术支持。     

304不锈钢管道在役焊接内壁径向变形数值模拟

为保证管线在役焊接过程的安全和质量,避免烧穿的发生,本文采用焊接数值模拟软件SYSWELD对304不锈钢管道在役焊接过程的径向变形进行分析,分别讨论了管道壁厚、介质压力、介质种类对在役焊接径向变形的影响。结果表明,随着管道壁厚的增加,内壁中心点的最大径向变形量减小。当天然气介质压力小于3MPa时,随着压力的升高,径向变形减小;当管道内压为3MPa-10MPa时,随着压力的升高,径向变形逐渐增大。在管道内压为3MPa时,天然气介质的最大径向变形量大于水介质静态在役焊接的最大径向变形量。     

贯穿件环焊缝多道焊温度场数值模拟

以贯穿件构件为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,建立了其环焊缝多道焊温度场的有限元模型,采用双椭球热源模型,应用生死单元技术,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现了热源在环焊缝上的移动加载,模拟得到了贯穿件环焊缝多道焊焊接过程的瞬态温度场及各点的焊接热循环曲线.结果表明:模拟得到的温度场结果符合实际情况.多道焊温度场模拟方法能准确计算出其温度场,为以后研究贯穿件焊接过程的残余应力场数值模拟提供了依据.     

装载机虎头结构焊接顺序优化数值模拟分析

装载机虎头存在突出的焊接变形问题,为了减小焊接变形,得到最优焊接顺序方案,利用热弹塑性有限元方法建立了有限元模型,并对装载机后车架虎头结构焊接变形进行了数值模拟计算.分析了虎头结构的四种变形趋势,定量地对比了不同焊接顺序下虎头结构各部位的最大焊接变形点,得到优化的焊接顺序.该顺序模拟结果:侧臂最大挠曲变形量为8 mm,框架扭转变形量为4 mm,侧臂收缩变形为12 mm.对预测的最佳焊接顺序下的变形模拟值和实测值进行了对比,结果表明,两者吻合良好.     

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。     

中厚板多道焊的焊接温度场数值模拟

针对某橡胶机械厂大型硫化机焊接结构在焊接时易存在变形、断裂等问题,结合有限元模拟软件,运用单元唤醒技术,对中厚板T型接头多道焊这一复杂过程进行了三维数值模拟分析。结合实际焊接工艺参数,应用软件的校正工具对热源进行校核,通过分析焊接过程中的温度场变化,为中厚板多道焊焊接参数的合理选择和优化提供依据,同时也对进一步深入研究焊接应力和变形有着一定指导意义。     

甲板分段焊接变形仿真与控制

采用热弹塑性有限元方法开展了甲板分段焊接数值仿真,基于三维Shell单元和双椭球焊接热源模型获得了结构温度变化和应力场,得到了甲板分段焊接变形及残余应力分布特点,同时探究了纵向和横向型材15种焊接装配顺序以及3种甲板分段拘束形式对残余应力和焊接变形的影响规律。结果表明,所设计的对称交替焊接方法对应的焊接变形最小,即先从船舯向舷侧焊接纵骨,再从中间向两端交替焊接横向桁材,最后从船舯向舷侧焊接纵向桁材;在甲板分段边缘和中心施加压条约束可获得变形控制与工作量的最佳平衡;通过优化焊接顺序和约束方式,可有效实现大型甲板焊接精度控制。     

Process analyses of ITER Toroidal Field Structure cooling scheme

Process studies for Toroidal Field Structure (TF ST) system with a dedicated Auxiliary Cold Box (ACB-ST) have been conducted under 15 MA baseline, including plasma disruptions. ACB-ST consists of two heat exchangers immersed in the Liquid Helium (LHe) subcooler, which are placed at the inlet/outlet of a Supercritical Helium (SHe) cold circulator (centrifugal pump). Robustness of ACB-ST is a key to achieve the stability of TF coil operation since it provides the thermal barrier at the interface of the TF Winding Pack (WP) with ST. The paper discusses the control logic for the nominal plasma operating scenario and for Mitigation to regulate the dynamic heat loads on ST. In addition, the operation field of a cold circulator is described in the case of plasma disruptions. The required performance of heat exchangers in the ACB-ST is assessed based on the expected operating conditions.     

数值模拟在枪机框锻件生产中质量控制的应用

为了提高某机械产品质量、尺寸稳定性,通过对枪机框锻件成形过程的分析和研究,对改进后的锻件状态采用Deform 3D有限元模拟软件进行数值模拟成形分析,确定锻件成形的最佳材料规格大小,预测锻件是否产生缺陷,为生产中质量过程控制与合格率提供指导。     

磁场辅助电弧焊接旋转等离子体行为的数值模拟

目的 研究外加纵向磁场对倾斜电极TIG焊接的电弧温度分布、流动模式和工件所受热力作用的影响.方法 建立磁场-电弧复合焊接热、电、磁、流动的三维数学模型.通过数值模拟和高速摄像实验,揭示倾斜电极电弧在外加磁场作用下的流动、形貌及温度演化机制.结果 外加纵向磁场后,电弧流动速度明显增加,流动模式由沿电极方向喷射变为近似沿竖直方向旋转向下的流动模式;电弧对工件的热作用均匀性提高,热作用中心向电极正下方靠近,但在焊接横向方向上存在偏离;工件受到表面的电弧旋转拖拽力和内部的旋转洛伦兹力作用,最大洛伦兹力可达50000 N/m3.结论 基于所建立数学模型的模拟结果与实验电弧形貌吻合良好,结果表明,外加纵向磁场能够显著改变电弧的形态及流动模式,提高电弧热流密度的均匀性,并能够对熔池产生有效的搅拌作用.     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。     

基于ANSYS 的D500 钢激光焊接温度场数值模拟

目的研究D500钢激光焊接温度场的变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光焊接热源模型。对D500钢激光焊接温度场进行了模拟计算,并与实验所得焊缝形状及尺寸进行了比较分析。结果结果表明,数值模拟所得焊缝截面尺寸与实验结果一致性达到95%以上。结论验证了柱体热源与椭球热源的组合热源模型在D500钢激光深熔焊接温度场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下D500钢激光焊接焊缝形状和尺寸的预测,提供了一种有效的途径。     

某种钛合金精密成形铸件铸造变形的数值模拟

目的 基于ProCAST,建立钛合金铸件铸造变形的模拟预测方法。方法 以某板状钛合金铸件为例,模拟了充型凝固、型壳内冷却和脱壳后冷却3个过程,并分别对各过程进行了相应假设和参数设置。为验证模拟结果,根据模拟模型设计了浇注验证实验。结果 铸件中间部位向外侧凸起,加强筋部位向内侧凹陷,和实验结果基本一致,变形量预测吻合度在60%~72%之间。结论 通过合理设置模拟流程和材料参数模型,数值模拟可以预测钛合金铸件的变形规律,并为变形量预测提供重要参考。     

大型结构件焊接变形特征分析

从焊接残余应力产生机理入手,找出焊接变形的影响因素,通过数值分析推导焊接变形过程中残余应力产生的数学模型,用有限元模拟和试验方法检验模型并找出最优焊接方法．     

轧制制备铝/镁复合板数值模拟和翘曲变形控制

目的 选用5052铝合金与AZ31B镁合金作为复合材料进行热轧复合,研究铝/镁复合板轧制过程的数值模拟和翘曲变形控制.方法 对铝/镁复合板在不同轧制温度、轧制压下率和轧辊预加热轧制工艺下的热轧过程进行模拟.对轧制变形区铝/镁复合板的应力分布进行分析,讨论其对铝/镁复合板变形协调性的影响.最后在不同轧制工艺下进行单道次热轧实验,制备铝/镁(5052/AZ31B)复合板并与模拟结果进行对比.结果 有限元模拟和热轧实验结果表明,随着轧制压下率的增大和轧制温度的升高,铝/镁复合板的翘曲增大;将靠近铝基体侧轧辊预加热后,可以有效改善铝/镁复合板的翘曲问题.以轧制温度450℃为例,轧制压下率逐渐增大时,复合板的延伸性逐渐增大,复合板的翘曲也逐渐增大.将下轧辊预加热到50℃,其余轧制参数不变,轧制后复合板整体较为平直,翘曲明显比轧辊未预加热时小.结论 通过轧辊预加热轧制工艺可以有效控制铝/镁复合过程中的翘曲变形问题.