大型重载复杂轮廓真空室领圈焊接变形控制

窗口领圈是聚变堆真空室的关键部件,在与真空室窗口颈管焊接成一体后不能整体加工矫形,所以对窗口领圈制造精度和质量要求很高. 为获得较高的制造精度,采用相对于其它熔焊变形量较小、精度较高的电子束焊接对CFETR窗口领圈进行拼焊,根据固有应变理论计算出焊接的固有应变量导入软件,模拟窗口领圈在不使用夹具约束时四种拼焊方案的焊接变形情况,确定最优的焊接顺序和夹具约束方案,再对使用夹具约束时窗口领圈的焊接变形进行计算模拟. 结果表明,窗口领圈采用不同的焊接顺序,变形量也各不相同,夹具约束能有效减小焊接变形. 其结果为窗口领圈的实际拼焊过程提供了参考.     

外部约束对薄壁高温合金尾喷管焊接变形的影响

以壁厚为1 mm的高温合金尾喷管为研究对象，基于热-弹-塑性有限元法与固有应变法，研究外部约束对薄壁高温合金尾喷管工件焊接变形的影响。通过焊接工艺试验和热-弹-塑性有限元法仿真，进行焊接热源校核，获得对接接头的固有应变和材料模型参数。建立全尺寸三维尾喷管焊接有限元模型，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模型参数，计算不同外部约束对尾喷管工件焊接变形的影响。结果表明：进气口约束对控制尾喷管焊后变形起主要作用，在进气口施加约束时，工件变形最小，为2.39 mm,变形发生在尾喷管内环与外环弧形焊缝位置。通过尾喷管组件产品焊后变形测量与仿真结果对照，验证了仿真计算方法的准确性，固有应变法可适用于薄壁尾喷管焊接变形预测。     

薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制

为了预测薄不锈钢板激光焊接变形量,并根据预测值采取措施来减小焊接变形,先要分析焊接过程中刚性约束作用、刚性约束和反变形同时作用两种条件下的残余塑性应变,用残余塑变理论计算焊接变形,再把计算值作为预变形量来设计专用夹具。在焊接前对工件施加对应量的反变形,进行激光焊接实验,再用三坐标测量仪测量焊接件。实验结果表明:通过使用夹具对整个工件进行刚性约束和反变形约束,变形量明显减小,跟用残余塑变理论计算出的值基本吻合,工件满足焊接要求。通过对实例的分析,表明对于简单构件的激光焊接,残余塑变理论可以用来预测变形,反变形法是控制焊接变形的有效方法。     

固有应变下预测船体分段焊接变形控制方法

为了有效控制船体分段焊接过程中的变形，提出固有应变下预测船体分段焊接变形控制方法。通过非线性瞬态传热过程描述船体的分段焊接过程，在此基础上采用Ansys软件建立船体构件的有限元模型，同时确定热源模型和边界条件；计算船体的残余应变，以此预测船体分段焊接变形；根据焊接变形量确定反向变形量，将其施加到船体分段焊接变形处，实现变形控制。试验结果表明，所提方法具有较高的变形预测精度和变形控制效果。     

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.     

航空发动机转子组件电子束焊变形预测

航空商用发动机组件尺寸精度要求较高,且组件焊接后盘心位置不能进行机械加工,因此采用数值模拟的方法对转子组件进行焊接变形预测. 试验将基于热弹塑性理论计算提取固有应变数值;通过理论计算得到GH4169合金电子束焊缝的固有应变值,分析焊接工艺参数对焊缝固有应变的影响规律;建立结构件模型,分析焊接工艺、焊接顺序及工装条件下组件焊接变形. 结果表明,相比于第一,第二和第三级盘,第四级盘心轴向变形最大,且通过增大扫描速度和改变约束方式的方法可以有效减小焊接变形,从而完成对转子组件焊接变形进行预测和控制.     

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%.     

基于等效载荷法的复杂结构焊接变形预测

采用固有应变等效载荷法,对复杂结构焊接变形进行预测.以焊接热过程产生的广义固有应变作为等效载荷,通过确定等效载荷的大小、加载区域和方式,编制等效载荷的施加程序,经过一次弹性有限元计算出焊接变形.以某51 000t散货船的双层底分段为例.采用等效载荷法对其焊接变形进行预测计算结果与实测数据进行比较,验证了固有应变等效载荷法预测船体双层底结构焊接变形的可行性,结果表明,固有应变法预测焊接变形结果与实测数据具有良好的一致性,且预测效率较高.     

焊接变形预测中固有应变施加的简易方法

焊接变形预测中,为解决固有应变施加现有方法中存在的问题,依据初应变荷载的特性与有限元理论基础,提出一种施加固有应变的简易方法,即初应变荷载法。列出了初应变荷载法施加固有应变的具体步骤,并以对接焊接为例进行了验证,同时简述了初应变荷载计算固有应变等效荷载的方法。研究表明:初应变荷载法操作简单、容易掌握;能有效地施加固有应变,并确保焊接变形的计算精度;可以施加固有应变的剪切应变分量,且无需对塑性应变进行大量的积分;要求原模型与研究对象模型位于塑性区的单元具有相同的拓扑关系和单元尺寸。     

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。     

考虑焊接顺序的电力机车枕梁焊接变形预测

根据枕梁实际建造工艺,利用基于固有应变理论为基础的焊接变形分析系统软件Weld-Sta对电力机车枕梁的焊接变形进行计算. 首先采用分步装焊模拟法,单独建立每一步的有限元模型,并设置相对应的焊缝,然后对每一步的焊接变形进行单独计算,再将各步结果进行叠加得到最终变形结果. 然后采用整体同时焊接模拟法,一次性计算整个模型的所有焊缝同时焊接后的变形,最后将两种方法的最终变形结果与实测数据进行比较. 结果表明,考虑分步焊接的方法更接近实测数据,从而验证了该方法的可靠性,为枕梁建造工艺的设计提供了理论指导.     

高强度钢T型接头焊接变形固有应变数值模拟

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;以高强度钢T型接头焊接变形为算例,讨论了两种模拟方法的差异;通过与相同实体模型热弹塑性变形结果的分析比较,验证了固有应变法预测焊接变形的合理性与准确性,为更合理的利用固有应变法预测大型焊接结构残余变形提供了有益的参考.     

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。     

反向变形约束在梁类件焊接变形控制中的应用

为减小梁类件焊后变形,通过施加反变形量来控制焊接变形。以某车型横梁为例,首先分析未采取反向变形约束状态下横梁的焊接变形,得出横梁在自由状态下的焊接变形规律及数值,并进行实物验证;然后预设了5种反向变形约束方案,分别进行模拟分析,并通过数值模拟寻优,确定出最佳反变形量施加的位置和量级。结合分析结果,以试制的方式对所提及的算法进行验证,并制作一套柔性焊接工装夹具,在反变形施加位置加紧约束,通过调整夹具上垫片厚度来调节反变形的施加量。通过实物验证,当反变形量为4 mm时,焊后变形量在1 mm以内,与模拟分析结果吻合。该方法可有效控制梁类件的焊后质量。     

货车侧墙薄板结构的焊接变形预测与控制

货车侧墙薄板结构在焊接过程中由于焊缝处收缩产生压应力导致侧墙板失稳,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,有效预测和控制它的焊接变形是个难题.基于固有应变等效载荷的有限元方法,对货车侧墙的焊接变形进行预测,分析其焊接变形的规律.结果表明,仿真数值与实测数值基本一致.同时在此仿真模型的基础上,通过正交设计方法调整设计参数与焊接参数,研究不同因素对焊接变形的影响程度,最后得出最优方案,从而为控制薄板侧墙的焊接变形提供理论根据.     

基于试验数据关系模型的焊接变形计算方法研究

运用固有应变弹性有限元法计算焊接变形时需要输入焊接结构的固有应变值,为了方便固有应变值的计算,文中应用了一个无量纲热输入参数,建立了基于试验数据的固有应变与无量纲热输入参数的关系模型。最后,计算了4个案例的焊接变形,结果表明整体变形的计算值与试验值的平均相对误差符合工程要求。     

大型底板结构焊接顺序控制变形数值分析

利用非线性有限元方法对某大型结构底板焊接顺序进行数值模拟计算,建立了疏密过渡的有限元模型.使用随温度变化的材料热-力参量,采用高效率的移动串状双椭球热源模型,定性地对比了不同焊接顺序及不同约束情况下底板挠曲变形量数值大小.结果表明,先焊底板比先焊筋板方法挠曲变形小;底板两条纵、长焊缝分别焊接比同时焊接方法挠曲变形小;使用刚性平台约束焊接比自由焊接挠曲变形小;筋板两侧横、短焊缝同时焊接不会产生扭曲变形;焊接结构的挠曲变形与结构的中性轴密切相关.     

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.     

基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟

地铁作为一种重要的交通工具,在城市生活中起着越来越重要的作用,地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点. 选用3D高斯+双椭球热源,采用固有应变法,对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟. 在模拟现有约束情况的基础上,另外设计了3种约束情况. 结果表明,采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好,x,z向最大变形都出现在方案2中,分别为2.46和13.13 mm,y向变形稳定在1.63 mm左右;将变化率方差最大的角变形作为评价标准,得到方案4最合理,角变形最小为1.21°.     

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。