铝合金平板变极性等离子弧焊数值模拟与残余应力预测

利用有限元方法对铝合金平板变极性等离子弧焊(VPPAW)焊接过程进行了数值模拟.首先应用三维双椭球热源模型作为输入热源,对VPPAW焊接过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算.高度不均匀的焊接温度场,导致构件中产生较大的残余应力.最后,对不同对接参数下的焊后平板残余应力进行了测试,并将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,结果显示错边量的大小会对焊后残余应力产生影响;有限元模拟结果与实测结果具有很好的一致性.     

铝合金LB-VPPA复合焊接残余应力场预测

针对双高能束激光-变极性等离子弧(LB-VPPA)复合焊接热源,基于SYSWELD软件热源模型二次开发功能,在理论分析LB-VPPA复合焊接热源电弧形态的基础上,建立了“双椭球体+三维锥体+圆柱体”热源模型,通过正、反极性不同特性热源模型的循环加载,准确计算出了LB-VPPA复合焊接温度场. 根据热弹塑性理论对相应节点应力的瞬时演变及焊后残余应力分布进行了数值计算,并通过实际焊接工艺试验获得的焊缝截面及残余应力的实际测量,验证了数值计算的准确性. 通过分析对比10 mm厚5A03铝合金VPPA焊和LB-VPPA复合焊接残余应力场发现,LB-VPPA复合焊由于能量更加集中,高温区更为密集,虽然最大纵向残余应力相对较大,但呈最大残余拉应力的区域面积较VPPA焊小. 研究结果对铝合金LB-VPPA复合焊接工艺的研究及实际应用具有一定的指导意义.     

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。     

5A06铝合金焊接残余应力有限元分析

利用热弹塑性有限元方法对5A06铝合金焊接接头的温度场和残余应力场进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响.在模型中运用移动的三维双椭球体热源作为输入热源来模拟焊接过程,最终获得了焊接温度场和残余应力场.将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,模拟结果与实测值有较好的一致性.     

Monel-400合金板焊后热处理有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件和钨极氩孤焊接热源的特点,结合热弹塑性理论,建立了Monel-400合金板焊接有限元模型和高斯旋转体热源模型,并模拟计算Monel-400合金板焊接温度场及残余应力场.在此基础上,制定了焊后热处理方案,并对其进行了焊后热处理模拟计算,得到了焊后热处理后的残余应力场分布,对焊态下的残余应力场和热处理后的残余应力场进行了分析和讨论.模拟结果表明,残余应力场分布与实际焊接基本吻合;焊后热处理有限元分析可以很好的对退火过程进行模拟计算,且去应力效果显著,残余应力减小幅度最大为83％.     

高温钛合金TA12激光-MIG复合焊应力场有限元分析

通过采用旋转高斯曲面体热源与双椭球热源线性叠加的方法来模拟激光-MIG复合焊接的有限元模型。并基于建立的热源模型,对厚8 mm的TA12钛合金板材的激光-MIG复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,并对比分析模拟结果与实际焊接结果。结果表明,TA12钛合金激光-MIG复合焊焊接变形和残余应力实验结果与数值计算值吻合较好,证明了该组合热源模型的适用性。     

液压挖掘机动臂体的焊接有限元模拟

通过焊接过程的理论分析和现状研究,以液压挖掘机的动臂体焊接为例,给出了整个动臂体焊接温度场和残余应力的计算流程,采用ANSYS有限元分析软件对焊接过程进行分析,利用APDL语言进行数值模拟运算.有限元模型采用三维实体单元,考虑到材料的物理性能随温度的变化而变化,运用内生热的加载方式模拟焊接热源,运用生死单元法模拟多道焊缝的焊接过程.获得了多道焊缝的焊接过程和焊接温度场、残余应力场,并对结果进行了讨论.     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

基于相似理论的箱型结构焊接应力与变形的数值模拟

从基于温度场的相似准则出发,建立并推导出了均匀热源模型的相似条件,利用该相似条件,对平板对接焊和角接焊分别进行了温度场、位移场和应力场的数值模拟计算与对比分析.结果表明,原模型与相似模型的温度场、位移场和应力场误差相当小,其误差分别仅为3.7%,4.7%,3.8%.基于均匀热源相似条件,对箱型结构的焊接残余应力与变形进行了数值模拟,得到了相似箱型结构焊接残余应力的变化规律和变形量随距离的变化曲线,其变形量的数值模拟结果与实际测量结果误差仅为9.8%,进一步验证了均匀热源模型相似条件的正确性.     

电火花精密堆焊的残余应力及其数值模拟

分析了电火花堆焊的热作用特性与残余应力产生原因;建立了基于焊接热源等效转换与加载方法的电火花堆焊的温度场与应力场计算模型。用ANSYS有限元分析软件进行了残余应力场的数值模拟计算,与实测结果较吻合,其最大应力值未超过试验材料屈服强度的1／7。     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析.结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,...     

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.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

钛合金平板电子束焊接温度场有限元分析

焊接温度场不仅直接通过热应变，而且还间接通过随金属状态和显微组织变化引起的相变、应变决定焊接残余应力，因而对焊接温度场的研究是焊接应力应变分析的前提。在通用的有限元软件ANSYS平台上，根据电子束深熔焊的特点，提出了圆锥形体热源模型，并对电子束焊接温度场进行了数值模拟。有限元数值模拟结果同电子束试验焊缝形状有良好的一致性，圆锥形体热源模型体现了电子束深熔焊所特有的钉形焊缝，能较准确地模拟电子束焊接温度场。     

基于串状热源的手工摆动焊应力场的数值模拟

针对在数值模拟过程中常使用的焊接热源模型无法对手工摆动焊进行研究,利用以能量守恒定律为理论基础推导出的串状热源模型对手工摆动焊的焊后应力场进行了数值分析,得到了纵向残余应力与横向残余应力的分布规律。同时用平板试验的方法验证了串状热源处理手工摆动焊的正确性。     

K-TIG焊接接头的应力与变形

采用SYSWELD软件对Q345低合金钢板的匙孔型钨极气保焊（keyhole gas tungsten arc welding,K-TIG）焊接过程进行了模拟,选用了3种形式的组合热源对K-TIG焊接过程的温度场进行数值模拟,并与实际焊缝轮廓进行对比,发现采用上半部分双椭球热源和下半部分3D高斯热源的组合热源所得温度场与实际情况较为相似.并通过K-TIG焊接数值模拟,分别研究板厚、间隙和焊接速度对K-TIG焊接接头变形和应力的影响.结果表明,减小焊接板厚有利于减小焊后z向变形和横向残余应力,留出适当的间隙有利于减小焊后残余应力,增大焊接速度有利于减小焊后变形,但不利于控制焊后残余应力.     

Study on stress and deformation of keyhole gas tungsten arc-welded joints

Keyhole gas tungsten arc welding(K-TIG)of Q345 low alloy steel plates was simulated by using SYSWELD software.The temperature field of the K-TIG welding process was simulated with three different combined heat sources and was compared with the weld profile that was obtained experimentally.The temperature field that was obtained by a combination of a double ellipsoid heat source on the upper half and a three-dimensional Gauss heat source on the lower half was similar to the real situation.The effects of plate thickness,gap and welding speed on the deformation and stress of the K-TIG welded joints were investigated by K-TIG welding numerical simulation.A reduction in the thickness of the weld plates reduced the z-direction deformation and transverse residual stress;an appropriate gap reduced the residual stress and an increase in the welding speed reduced deformation after welding,but did not help to control the residual stress after welding.     

结合型分布带状分段移动热源模型

在数值模拟分析大型焊接结构的焊接残余应力和变形时,可以采用分段移动带状热源模型以便提高计算效率.为此,首先试验分析了不同焊接速度对焊接温度场带状特性的影响.并在已建立的结合型分布圆形热源模型的基础上,推导出了结合型分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式.结果表明,焊接速度大于4mm/s时,较长区段的温度场已经具有带状分布特点.此外,与高斯分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式相比,推导出的公式不但与总的热输入量有关,还与电弧和熔滴的热量分配比有密切的关系.     

薄板7075铝合金搅拌摩擦焊三维有限元数值模拟

薄板7075高强度铝合金在经过搅拌摩擦焊接后,存在不同程度的焊后残余变形,对精度要求较高的航空结构件的制造和装配带来了困难.本文通过建立4mm薄板7075铝合金搅拌摩擦焊热源模型,利用ANSYS对搅拌摩擦焊接过程中的温度场和应力应变场进行热机耦合数值分析,解释了薄板铝合金搅拌摩擦焊的温度场和表面残余应力的分布.采用古典摩擦理论建立合适的热源模型,将搅拌头的机械载荷和压板的压力考虑到模型当中.分析结果表明,此数值模拟对研究薄板高强度铝合金的搅拌摩擦焊具有一定的借鉴意义.