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。     

工艺过程对散热器电子束钎焊残余应力影响的数值模拟

利用ANSYS软件,建立二维有限元模型,分析了两种不同钎焊工艺对1Cr18Ni9Ti不锈钢散热器电子束钎焊接头残余应力的影响,旨在筛选出一种合适的工艺及参数.结果表明,对于径向残余应力,采用直接加热钎焊工艺,钎焊面上出现明显的应力集中区域;而采用分阶段加热钎焊工艺,钎焊面上没有应力集中区出现,且应力变化曲线比直接加热钎焊工艺平缓得多;对于周向残余应力,分阶段加热与直接加热钎焊工艺相比,拉应力峰值减小了11.2%.两种钎焊工艺的周向残余拉应力峰值均大于径向残余拉应力,钎焊面的危险部位沿圆周方向,即电子束扫描加热的方向.     

钛合金T形接头电子束焊接残余应力数值模拟

建立了钛合金T型接头电子束焊接温度场和应力场的数值计算模型,利用大型有限元软件MSC.Marc对焊接过程进行了数值模拟。模拟过程采用高斯面热源和椭球体热源叠加的组合型热源模型。对所得模拟结果,分别分析了三向残余应力在不同方向上的分布曲线,分析认为,纵向应力表现出较大的数值,最大值可达750 MPa。通过X射线衍射的方法测量了焊接试件的横向残余应力,并与数值模拟结果进行对比,结果显示二者符合良好。     

焊接工艺参数对焊接残余应力的影响

选取20G作为实验材料,采用埋弧自动焊焊接成试板,分别考察了焊接电流和焊接速度这两个焊接工艺参数对其焊接残余应力数值大小的影响。结果表明,焊接电流一定时,焊接残余拉应力随焊接速度增大而增大;焊接速度一定时,焊接电流越大,焊接残余拉应力越大。     

铍环电子束焊接接头残余应力分析

采用大型有限元ＡＤＩＮＡ程序,对电子束焊接接头残余应力分布规律进行了分析。结果表明,在焊缝根部存在较大的接应力容易形成焊缝根部裂纹,但焊缝外表面为压应力,可防止裂纹扩展到焊缝表面。     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程，采用非线性有限元法，对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明，沿焊缝方向，纵向残余应力均为拉应力，一般在焊缝中间处最大；沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力，沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向，焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

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。     

高强度钢结构焊接残余应力的数值计算

在高强度钢结构的焊接过程中,焊缝附近的温度已经超过了淬火和回火的临界温度,微小的焊接工艺参数偏差就可能在焊接热影响区内引起材料性能的剧烈改变,在焊缝附近区域产生三维反力,使高强度钢材料对焊接残余应力具有更高的敏感性,显著地影响了高强度钢焊接结构的安全可靠性。本文根据焊接热力循环过程的特点,进行高强度钢焊接残余应力数值仿真,计算结果与试验结果比较吻合。在此基础上进行焊接工艺参数、结构参数及边界条件对焊接残余应力的影响,计算结果为高强度钢焊接残余应力的计算提供了参考。     

Residual stress analysis of 7075 aluminum alloy after vacuum electron beam welding

The residual stresses distribution of 7075 aluminum alloy in vacuum electron beam welding joint was numerically simulated using nonlinear finite element method. The result shows that the longitudinal residual stress is tension stress along weld center and the stress peak value appears in the middle of the welded seam; the transversal residual stress is compression stress ; the residual stress in thickness direction is very small.     

Effects of welding parameters on weld shape and residual stresses in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints

In order to estimate the residual stresses in Ti₂AlNb alloy jointed by electron beam welding (EBW), a computational approach based on finite element method was developed. Meanwhile, experiments were carried out to verify the numerical results. The comparison between the simulation results and measurements suggests that the developed computational approach has sufficient accuracy to predict the welding residual stress distributions. The results show that the central area of the fusion zone suffers tensile stresses in three directions. When the other parameters remain unchanged, the focus current has great impact on the weld shape and size, and then affects the residual stress level significantly. Moreover, the thick plate full-penetrated EBW weld suffers near 1000 MPa tensile stress of Z-direction in the center of the fusion zone. The wider weld has lower tensile stress in Z-direction, resulting in lower risk for cracking.     

焊缝形貌对电子束焊接残余应力分布的影响

将焊缝截面形状简化为等腰梯形,利用ANSYS软件,采用变步长方法,开展了TC4钛合金板焊接残余应力的数值模拟.利用梯形中位线长度来控制焊缝体积,梯形的腰与竖直方向的夹角来控制焊缝形状,研究了焊缝体积和形状对焊接残余应力分布和大小的影响.结果表明,在焊缝体积不变的情况下,最大等效残余应力随焊缝锥度的增大而增大,并在θ＞6...     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

3D FEM analysis of welding residual stress and deformation of aero-engine blisk

Aero-engine blisk welded by electron beam welding(EBW) method is a complicated structure. Fixtures were used to control the deformation of blisk during its manufacturing process. Finite element method was utilized to study the evolution of the welding residual stress and deformation of this structure. In which an attenuation function was applied to the double ellipsoid heat source model based on the characteristic of EBW, and the effects of fixtures on the welding residual stresses and deforamtion were also reserached. The simulation results showed that the temperature contour of weld cross section vertical to the weld centerline followed a “V” shape. Moreover, large welding residual stress and distortion were found in the interface between blisk and fixtures. The stress concentration was reduced sufficiently in starting and end part of weldment as the fixtures were removed after welding process, while the removing operation had almost no effects on the welding residual stress in the middle section of weld bead.     

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。     

数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.