温差拉伸控制铝合金薄板的焊接变形

对两种形式的温差拉伸控制铝合金薄板焊接残余变形的效果和规律进行了研究。研究表明,由随焊激冷造成的动态温差拉伸减小焊接变形的效果受夹具自身散热条件的影响较大：不采用整体预热时,难以造成马鞍形温度场,此时减小焊接变形的机理主要是焊接线能量的等效降低;采用整体预热后,能够造成一定程度的温差拉伸,减小焊接变形的效果明显提高。中间冷却两侧加热的静态温差拉伸能够造成显著的马鞍形温度场,充分发挥温差拉伸的作用,     

随焊激冷减小铝合金薄板的焊接变形

研究了随焊激冷减小铝合金薄板焊接变形的效果及夹具的散热条件对该效果的影响,研究表明,随焊激冷能够减小铝合金薄板的焊接变形,其效果受夹具自身冷却作用影响很大。随着夹具散热条件的降低,随焊激冷所起的作用增强,但降低焊接变表的效果仍不够明显,适当预热夹具本身可以减小焊接变形,但更重要的是预热使激冷造成了温差拉伸,因此获得了最小的焊接变形。     

随焊激冷法控制高速列车地板焊接变形的数值模拟

利用非线性有限元分析软件MSC.Marc模拟空冷及不同随焊激冷措施下高速列车地板结构的焊接变形及温度场。模型中使用母材和填充材料的动态特性参量,采用移动双椭球热源模型进行计算,结果表明随焊激冷措施对近缝区的温度场的干涉作用明显,焊接时可有效降低峰值温度和热影响区宽度。此外随焊激冷措施对较小角变形、纵向挠曲变形也有一定效果,对离焊缝中心较近及较远处的温度场同时进行控制的随焊激冷方案可使焊后的纵向挠曲变形减小近一半。     

随焊超声波激振法控制铝合金薄板焊接应力及变形

从力学角度出发提出随焊超声波激振控制高强硬铝合金薄板焊接变形的新方法,阐明其控制焊接应力及变形的机理。基于数值模拟分析,利用Marc建立铝合金薄板的随焊超声波激振热力耦合模型,找出最优焊接参数以及加载冲击与热源的最佳距离。利用自行研制的随焊超声波激振装置进行焊接试验。结果表明:激振距离为22 mm时,板长方向中截面残余拉应力峰值由常规焊的248 MPa下降到63 MPa,压应力峰值从-77 MPa降低到-27 MPa,低于薄板的临界失稳应力,薄板挠曲变形完全消失,且板边最大挠度由8.66 mm下降到0.9 mm。试验结果与模拟结果吻合较好。     

随焊激冷焊接技术的研究与进展

综述了随焊激冷后焊接接头残余应力应变、热影响区宽度、裂纹敏感性和焊缝组织的变化趋势,并分析冷却介质、冷源与熔池中心距离、冷源作用宽度和冷却终止温度这4个特征参数对冷源冷却效果的影响。希望能为随焊激冷焊接技术在实际工程中的应用提供参考。     

随焊激冷控制铝锂合金焊接接头残余应力规律研究

采用ABAQUS软件对不同焊接工艺条件下2 mm铝/锂异种金属薄板搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,通过建立搅拌摩擦焊热源与干冰冷源模型,将空冷和随焊干冰激冷条件下的温度场与应力场进行对比分析,研究发现：焊接温度场呈现前小后大的椭圆形分布,在垂直于焊缝方向的残余应力表现为“M”型趋势,并且残余应力的峰值位于搅拌头轴肩作用区的边缘位置。相较于空冷条件,随焊激冷工艺条件下AA2060焊件上表面的应力峰值降低约13%。在相同激冷距离下,随着激冷强度降低,热源与冷源间的温度梯度增大,焊件的残余应力降低,结果表明随焊激冷技术可以有效控制铝/锂薄板焊接残余应力。     

预拉伸条件下铝合金焊接变形的数值模拟

应用热弹塑性应力应变关系理论,在考虑材料性能参数随温度变化的条件下,运用大型ANSYS软件通过有限元法模拟分析了预拉伸应力对5A05铝合金板材焊接变形的影响.结果表明,采用预拉伸焊接法可以有效控制铝合金焊件焊缝及近缝区的纵向挠曲变形.随着预拉伸应力的增大,其控制变形的效果愈明显,当预拉伸应力为σp=90%σ0.2时,焊后纵向挠曲变形最大降幅达70.45%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理

从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板焊接变形的有效可行性,分析了随焊高速气流载荷对薄板应力演变规律的影响,阐明了其控制焊接残余应力及变形机理.基于有限元法分析了温度场及应力场,确定了气动载荷与热源作用距离这一关键因素,并获得了气体压力的合理有效范围.在自行研制的随焊高速气流场装置上进行试验验证.结果表明,当气动载荷作用距离为20 mm、气动载荷为30 MPa时,焊接失稳变形基本消失,焊缝中截面上的纵向残余拉应力峰值较常规焊下降了77.73%,残余压应力峰值下降了69.23%,板边变形最大挠度仅为0.9 mm,较常规焊的8.5 mm下降了89.41%.试验结果与模拟结果吻合良好,验证了随焊控制模型的正确性.     

铝合金随焊控制焊接应力与交形的几种新方法

采用力学手段,对铝合金焊接熔池后方的脆性温度区间施加横向挤压应力,同时使焊缝纵向保持塑性延展,从而达到随焊控制焊接应力与变形并防止焊接热裂纹的目的.介绍了随焊冲击碾压、随焊旋转挤压、双向预置应力和随焊电磁冲击等几种控制焊接应力与变形的新方法.在合适的工艺参数条件下,可以将铝合金平板对接焊件的残余变形量降低到很低的程度,同时町以防止焊接热裂纹的产生.     

Finite element analysis of welding distortion control by trailing intense cooling

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｅｌｄｉｎｇｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎａｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｍａｄｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｔｈｉｎｓｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｗｅｌｄｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇｃａｎｌｅａｄｔｏｌｏｓｓｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙ.Ｓｏｈｏｗｔｏｃｏｎｔｒｏｌｗｅｌｄｉｎｇｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｈａｓａｌｗ…     

Controlling welding residual stress and distortion by a hybrid technology of transient thermal tensioning and trailing intensive cooling

ABSTRACT

A new method of hybrid technology for controlling welding residual stress and distortion is proposed, which contains the transient thermal tensioning with two symmetrical heat sources ahead and the trailing intensive cooling with a cooling source behind the welding heat source during the welding process. Welding temperature, stress and distortion were compared and discussed under different welding processes by experimental and numerical methods. The results reveal that the hybrid technology adjusted the temperature field during welding and redistributed the longitudinal residual stress of welding joint. Thus, the welding residual distortion was reduced. Compared with conventional metal inert gas welding, the reductions of the welding residual stress and distortion of joint by the hybrid technology reached 65% and 58%, respectively.     

薄板高强铝合金LY12CZ焊接工艺参数的优化

从力学角度出发，通过调整焊接温度场，控制焊缝及近缝区的应力应变发展，实现了高强铝合金LY12CZ薄板的低应力少变形无热裂焊接。运用正交试验设计来安排试验、筛选因子，并用一次回归正交设计调优运算优化因子的匹配，找到了影响铝合金薄板焊接变形的主要因子和最佳工艺参数匹配，揭示了主要工艺参数对减小变形效果的影响规律。     

Effect of welding conditions on reduction in angular distortion by welding with trailing heat sink

Abstract

The effectiveness of welding with a trailing heat sink in reducing the angular distortion of a weld has been experimentally investigated with focus on the cooling position. A numerical model of welding with a trailing heat sink is constructed through the comparison of measured values of weld penetration, thermal cycles and angular distortion with those calculated. On the basis of this model, the effect of welding heat input conditions on the reduction in angular distortion is discussed to evaluate the versatility of welding with a trailing heat sink. The results indicate that the choice of an appropriate cooling position behind the welding heat source is essential for the effective reduction in angular distortion. The reduction in angular distortion by the heat sink at the appropriate cooling position increases with the heat input parameter Q_net/h, where Q_net is the weld heat input and h is the thickness of the plate.     

443铁素体不锈钢随焊激冷焊接接头的组织性能

针对铁素体不锈钢焊接接头晶粒粗大的特征,采用钨极氩弧焊随焊冷却方法对443铁素体不锈钢进行焊接,分析其焊接接头组织性能,并与自然冷却条件下焊接接头的组织性能进行了对比。研究结果表明,采用随焊冷却的方法细化了焊接接头热影响区的晶粒,提高了焊接接头力学性能,特别是冲击性能得到较大提高。晶间腐蚀试验表明443不锈钢焊接接头有良好的耐晶间腐蚀性能;探讨了随焊冷却方法改善焊接接头组织性能的影响因素和机理。     

随焊旋转挤压控制焊接热裂纹试验分析

介绍了随焊旋转挤压法的基本工作原理及其对焊接残余变形的控制效果.以高强铝合金2A12T4为研究材料,对随焊旋转挤压控制焊接热裂纹进行了试验研究和机理分析.结果表明,在合适的工艺参数下,该方法能够有效抑制铝合金焊接热裂纹的产生和扩展.挤压头与焊枪的距离和其对工件的垂直压力是决定焊接热裂纹控制效果的两个重要参数.随焊旋转挤压控制焊接热裂纹的机理是基于对起弧端热裂纹的压合和对焊件回转变形的拘束作用.     

随焊干冰激冷冷源尺寸对焊接残余应力影响的有限元分析

文中利用米粒状干冰颗粒作为冷却介质进行随焊激冷,通过将干冰颗粒与压缩空气混合,借助喷枪从喷嘴直接喷射于试板上,干冰颗粒与试件接触瞬间升华带走大量热量,实现局部快速冷却.基于热弹塑性有限元方法,对1561铝合金随焊激冷焊接的方法进行了模拟,分析不同长度和宽度的矩形冷源对随焊激冷控制残余应力的影响,从而对干冰喷嘴出口形状设计进行指导,以优化随焊激冷控制焊接应力与变形的效果.结果表明,最佳矩形冷源的长宽为40 mm×25 mm,板中心纵向残余拉应力由162 MPa降低为零,板两端纵向残余压应力由常规焊接的59.3 MPa减小到20.4 MPa,减小大约65.6%.     

焊接过程三维应力变形数值模拟研究进展

焊接非平衡加热、冷却过程导致产生焊接应力与变形，严重影响焊接过程及结构的服役行为，是焊接结构生产制造过程中必须解决的关键技术问题之一。作者对目前国内外焊接过程中焊接应力与变形的数值模拟研究及工程应用进行了分析。结合研究小组的研究工作，对大型复杂结构焊接过程中三维焊接应力变形数值模拟存在的困难、需要解决的主要技术问题进行了评述，并介绍了几个工程应用实例。     

A new method of welding with trailing peening for controlling welding stress and distortion

In order to control welding stress and distortion, a new welding with trailing peening method based on the electromagnetic hammer was developed. This method uses the idea of constant frequency pulse width modulation for designing the control circuit of peening force and peening frequency. The peening force can be adjusted between 0 and 1 000 N and the peening frequency ranges from 0 to 25 Hz. Peening force is applied to the weld metal and the weld toe during the welding by peening head. The experiments show that the method is portable and flexible, and it can adjust the distribution state of welding residual stress, making grain refinement. When the peening force is changed to 700 N and the peening frequency to 3 Hz, both the transverse and longitudinal residual stresses will drop obviously.