薄壁GH3536尾喷管组焊变形控制工艺优化仿真

基于SYSWELD仿真平台,利用热-弹-塑性有限元法和固有应变法进行仿真优化,研究焊接工艺对薄壁GH3536尾喷管组件焊接变形的影响。首先进行平板对接工艺试验和热-弹-塑性有限元仿真计算,对焊接热源模型进行校核,获得不同焊接工艺下典型接头的平均固有应变和修正的材料热膨胀系数。建立全尺寸三维尾喷管组件的焊接有限元模型,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热膨胀系数,计算焊接工艺参数与焊接约束对尾喷管组件焊接变形的影响。结果表明,焊接电流为40A时,薄壁GH3536平板对接焊接头固有应变值最小为0.00660mm,此时尾喷管焊后变形也最小,为推荐使用的最优焊接工艺。在焊缝、进气口和排气口同时进行夹持,尾喷管焊后变形最小,整体变形1.39mm。     

采用固有应变法预测超薄板的焊接变形

文中以汽车制造中常用的1 mm厚的薄板为分析对象,采用热-弹-塑性有限元分析了焊缝长度对固有变形分布特征的影响,通过比较热-弹-塑性有限元法及固有应变法预测的变形结果,定量分析了焊缝长度对固有应变法预测超薄板焊接变形时计算精度的影响.结果表明,当焊缝长度达到一定临界长度时,固有应变法可适用于板厚为1 mm左右超薄板焊接接头的焊接变形预测.     

铝合金薄板固有变形逆解析方法的研究与开发

为了获得可靠的铝合金焊接接头上固有变形,开发一种将实验与基于固有应变的有限元法(FEM)融为一体的新方法来获得接头的固有变形。为了澄清铝合金薄板焊接固有变形的分布特征,先采用热-弹-塑性有限元计算铝合金TIG重熔接头的焊接变形,并建立固有变形在接头上的简化分布模型。其次,以该模型为基础,提出一种通过测量焊接接头上少数位置上焊前和焊后三维坐标来逆向求解固有变形的计算方法。最后,将利用该算法获得的铝合金薄板接头固有变形代入到基于固有应变理论的弹性有限元分析中,计算得到的焊接变形能较好地再现热-弹-塑性有限元方法计算得到的结果和实验结果。结果表明:采用提出的逆解析方法来获得铝合金接头的固有变形是有效可行的。     

基于固有应变的大型焊接结构变形的预测

首先用热弹塑性有限元法研究了铝合金对接焊的固有应变的变化规律，得到了固有应变，即纵向收缩力Tendon Force，横向收缩和角变形与热输入参数Q／h^2之间关系曲线。在掌握了同有应变的变化规律的基础上，通过简化焊接结构，用弹性板单元有限元法，对大型铝合金机车车顶盖的部分结构的焊接变形进行了预测。研究表明，用基于固有应变的弹性板单元有限元法对大型焊接结构的焊后变形预测足可以实现的。     

采用固有应变法预测铝合金焊接变形

伴随焊接过程而产生的焊接变形和残余应力是影响焊接产品精度和性能的重要因素,至今仍然是工业生产中迫切需要解决的重要课题。目前常用的预测焊接变形的方法是三维热弹塑性有限元法,但是由于现有计算机计算能力的限制,还不能预测很多复杂结构的焊接变形。固有应变法是由日本学者提出的解决复杂结构焊接变形的方法,它忽略了整个焊接过程,直接将固有应变施加于壳单元上,经过一次弹性计算就可得到焊接变形。本文用三维热弹塑性有限元和试验相结合的方法获得了平板对接接头形式下的固有应变,运用固有应变法预测铝合金5052平板对接后的焊接变形,通过计算和试验相结合的方法验证了固有应变法预测铝合金焊接变形的可行性,结果表明,固有应变法能够较准确地预测焊接变形,且所用的时间短。     

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。     

铝/钢电弧辅助激光熔钎焊接残余应力及焊接变形（英文）

采用热-弹-塑性有限元法对铝/钢异种金属钨极惰性气体保护(TIG)焊辅助激光对接熔钎焊接(A-LWB)过程进行数值模拟,考虑材料非线性、几何非线性和加工硬化的影响,与单激光焊接(SLWB)过程中温度场、残余应力和焊后变形进行对比。结果表明:数值计算得到的热循环、残余应力和焊接变形与测量结果吻合较好,验证有限元计算方法的有效性。与SLWB相比,A-LWB使得焊缝横向上的高温分布范围变宽,降低焊缝处产生的横向拉应力,缩小焊缝处纵向拉应力的分布范围,在一定程度上减小焊后变形。     

大型船体舷侧分段装焊顺序仿真及其变形预测研究

针对大型船体结构焊接仿真及变形预测困难等问题,综合运用热弹塑性有限元法和固有应变法实现船体舷侧分段装焊工艺仿真,重点研究不同装焊顺序对焊接变形的影响。系统分析了船体舷侧分段的焊缝类型及其焊接工艺;基于热弹塑性有限元法获取典型焊缝接头的固有应变;进而采用固有应变法分析了不同装焊顺序下舷侧分段的焊接变形及其分布规律。结果表明:舷侧分段呈现纵向两端向中间收缩变形趋势,最大变形量发生在内外板衔接处。反造法相对于正造法的装焊工艺,焊后变形在x、y方向的最大变形量分别提高0.8%、5%,在z方向的最大变形量降低4.4%为提高大型船体结构装焊效率和质量提供了理论支撑。     

固有应变有限元法预测焊接变形理论及其应用

介绍了固有应变的概念、固有应变有限元法预测焊接变形的理论和方法。固有应变存在于焊缝与近缝区 ,并与焊接热输入和板厚等因素有关 ,通过试验和热弹塑性分析 ,可以确定它们的关系曲线。固有应变法只需一次弹性有限元计算 ,因而是预测大型复杂结构焊接变形的一种十分有效的方法。文中介绍了若干工程中成功的应用实例     

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。     

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...     

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.     

焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)

提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在"力学熔点"及以下温度冷却收缩受阻产生的;消除焊接残余应力不是产生拉伸塑性应变以减少、抵消和补偿压缩塑性应变,而是将残余弹性应变转变为塑性应变;消除焊接残余应力并不是必须去除固有应变,部分去除或完全不去除固有应变也能完全消除残余应力.提出随焊后热精确控制应力变形焊接法,既可实现无应力焊接和无应力无变形焊接,也可实现适当压应力无变形焊接和较大压应力微变形焊接;并对传统方法与有限元法进行了分析比较.     

薄壁方形管件激光焊数值模拟

建立了薄壁方形管件模型,筛选出小热输入焊接工艺参数,校核了激光焊双椭球热源模型参数,利用有限元数值模拟软件模拟其焊接过程,研究了约束工装对薄壁方形管件激光焊接温度、残余应力与变形的影响。结果表明:薄壁方形管件激光焊过程中,约束工装下,焊缝及焊缝附近处在小于300℃区间的冷却速度高,焊缝处残余应力比自由焊接时稍大,但焊缝法向上降低速度更平缓,焊接后焊缝面残余变形由2.14 mm减小至0.2 mm,侧面变形由0.32 mm减小至0,焊缝长度方向弯曲幅度由0.8 mm减小至0.26 mm。     

基于收缩应变法的地铁铝合金地板FSW数值模拟

为解决地铁铝合金地板搅拌摩擦焊接焊后变形问题,基于顺序热力耦合法与收缩应变法,建立了6005A-T6地铁地板搅拌摩擦焊有限元分析模型。在建立焊接过程等效热源模型基础上,采用顺序热力耦合法对地板局部结构进行热弹塑性有限元分析,计算出平均收缩应变;利用收缩应变法对地板整体进行一次弹塑性计算,对比分析得到的地铁地板整体焊接变形结果与实际测量值。结果表明:有限元计算得到的焊接变形趋势与实际测量结果的一致性较高,且模拟变形量与实验测量值之间的误差在0.5 mm以内,验证了收缩应变法在大型构件搅拌摩擦焊接过程仿真中应用的可行性,为地铁地板等构件实际生产中焊接变形的控制提供了有效的方法以供参考。     

机车车辆大型长直弦梁焊接变形预测

基于MSC.Marc通用有限元软件平台开发高效的增强移动热源模型，并采用热-弹-塑性有限元法和增强移动热源模型，对长度为13 832 mm的机车车辆大型长直结构焊接变形进行了数值模拟.同时测量了长直结构的焊接变形，并与数值模拟结果进行比较，验证了所开发的有限元计算模型对长直结构焊接变形的准确性与可行性，随后，采用所开发的计算方法分析了不同焊接顺序对机车车辆大型长直结构焊接变形的影响.结果表明，焊接顺序对焊接变形的模态和大小均有显著影响，通过调整焊接顺序能够大幅减小焊接变形，试验结果指导了大型长直结构的实际生产，并且缩短了工艺开发周期.     

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.     

焊接结构变形预测及控制的研究现状

本文综述了国内外对于焊接变形预测和控制的主要方法及其研究现状。首先介绍了预测焊接变形的几种方法：解析法、热弹塑性有限元法、固有应变法（固有应变有限元法、热弹塑性有限元获得固有应变法）等;其次简述了工程中一些常用的控制焊接变形的措施：制定合理的焊接工艺规程、反变形法、系统综合分析法等;最后对焊接变形的预测与控制提出了展望。     

固有应变法在T型接头焊接变形研究中的应用

本文以固有应变理论为基础,介绍了两种固有应变模拟焊接变形的计算和加载方法,并通过对T型接头焊接变形的分析实例讨论了两种模拟方法的差异,并与相同实体模型热弹塑分析的变形结果进行比较,验证了固有应变法计算焊接变形的合理性与准确性,为预测大型焊接结构变形提供了参考方法。     

考虑初期残余应力对Q345高强钢厚板多层多道焊接残余应力影响的数值模拟分析

在实际生产过程中,焊接试件在实施焊接之前,一般都会经过一系列的热加工和机械加工。如此一定会使得焊件在焊前就已经存在一定分布的应力,即初期残余应力。为了研究该初期应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,尤其是对多层多道焊接的影响,本文基于有限元分析软件MSC.Marc,开发了用于模拟厚大接头多层多道焊的焊接温度场、应力场和变形的热-弹-塑性有限元计算方法,以钢结构中常用的对接接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的方法,对板厚为20 mm的Q345高强钢焊接残余应力和变形进行了数值模拟。在该有限元模型计算中,采用生死单元技术,并仔细考虑了焊缝与母材随温度变化的高温热物理性能和力学性能数据来模拟焊接过程中的热-力学行为。研究结果表明,初期应力对焊接区域焊接残余应力的影响较小,但是对远离焊接区域无论是分布还是数值均有一定的影响;初期应力对最终的焊接变形的数值有一定的影响,但是对变形的分布影响较小。