船用高强钢薄板焊接成形研究

探究了不同焊接工艺对3 mm船用高强钢薄板焊接成形质量的影响.结果表明:3 mm对接试板经不同方法焊接后均呈马鞍形变化.焊条电弧焊和手工气保焊焊接的试板变形严重,且两者变形量和残余应力基本相当,药芯焊丝CMT(cold metal transfer)自动焊接试板的焊缝内部存在夹渣缺陷.利用实心焊丝CMT自动焊接试板的焊缝均匀、内部无缺陷,焊缝中心残余应力明显降低,其变形量平均值比焊条电弧焊减小37.8%,且线能量仅为焊条电弧焊的22.4%.焊接试板变形量与其线能量大小的变化趋势一致.     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

Cold Metal Transfer (CMT)与CMT Advanced的异同研究

目的 CMT及CMT Advanced是奥地利Fronius公司开发的2种新型焊接方法。通过实验结合理论分析,研究这两种焊接方法的区别。方法在相同的热输入量情况下,分别采用CMT及CMT Advanced方法进行铝合金薄板对接实验,通过使用热电偶采集焊接过程的冷却曲线,游标卡尺测量焊后的变形量及X射线法检测沿焊缝方向的残余应力来对两者进行比较。结果 CMT焊后平均变形量为9.25 mm,残余应力为(287.2±49)MPa,CMT Advanced焊后平均变形量为8.56 mm,残余应力为(248.7±45)MPa。结论与CMT相比,CMT Advanced具有更低的热输入量,更高的熔敷效率、间隙搭桥能力及焊接稳定性。     

钛合金薄板激光和钨极氩弧焊残余应力测试研究

采用小孔释放法对钛合金薄板激光焊和钨极氩弧焊(TIG焊)的焊接残余应力进行了测试，并分析了焊接方法、焊接线能量和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：激光焊残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；在热影响区内，激光焊残余拉应力值比TIG焊的约低100MPa；在焊缝及其熔合线附近，激光焊残余应力却比TIG焊的高。对于不同线能量激光焊接，线能量越大，焊缝越宽，热影响区的残余应力也越大。焊后真空热处理能降低残余应力90％。     

钛合金薄板带热沉钨极氩弧焊的应变场

采用数值模拟和试验相结合的方法对比研究了钛合金常规钨极氩弧焊(GTAW)及带热沉的钨极氩弧焊,即动态控制低应力无变形(DC-LSND)GTAW焊接过程中纵向应变场的形态与发展历史.DC-LSND GTAW焊接过程中,由于紧随热源之后热沉冷却介质的急冷作用,使得热沉作用部位产生强烈收缩,热源与热沉之间的极大温度梯度,对高温金属产生较强的拉伸作用,使得焊缝中拉伸塑性应变增大,近缝区压缩塑性应变减小,焊缝与近缝区的不协调应变减小.DC-LSND焊时,不但可以降低残余应变,减小变形;而且,在所选用的焊接条件下,DC-LSND GTAW焊缝中甚至还可获得拉伸的不协调应变.     

CMT焊接技术在钛合金方面的应用研究

CMT(Cold Metal Transfer)冷弧焊是一种新型的熔化极气体保护电弧焊方法。该方法通过采用数字化电源和过程的精密控制技术,使得在焊接过程中可大幅度降低焊接热输入量,从而减小焊接残余应力和焊接变形。本文通过对不同厚度钛合金的CMT焊接研究,在坡口制备、焊接参数等方面确定了技术要求,成功应用于不同规格厚度的钛合金的规模化生产。     

GTAW焊接工艺对船用Ti-Al-Mo-Ni-Zr钛合金焊接接头性能影响

本文对船用Ti-Al-Mo-Ni-Zr合金GTAW焊接工艺验证试验进行了总结。制作了GTAW不同焊接状态下焊接试板并进行性能对比,着重分析了保护情况、返修及线能量对焊缝、熔合线及热影响区各性能的影响,总结了GTAW焊Ti-Al-Mo-Ni-Zr合金焊缝的性能特点,为产品建造提供技术参考。     

铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形分析

目的对民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形进行研究。方法采用热-力耦合数值模拟方法,分析民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接过程,分别模拟了采用3种焊接顺序进行蒙皮-长桁焊接时,壁板温度场分布规律及焊后残余应力及变形情况。结果铝合金壁板搅拌摩擦焊接后,沿焊缝方向残余应力为拉应力,由此导致长桁及与其连接的蒙皮产生向上的挠曲变形,垂直焊缝方向,焊缝两侧的壁板向上翘曲。结论对于3种焊接顺序,采用"先两侧、后中心"由外向里的焊接顺序,得到的壁板残余变形最小。     

预拉伸条件下铝合金筒体焊接残余应力和变形的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,分别对施加及不施加拉伸应力的铝合金筒体环焊缝对接焊接过程中的应力场及变形进行了模拟分析。计算结果表明:预拉伸焊接可以有效减小铝合金薄板的焊后残余应力和变形。当预拉伸应力为材料屈服强度的90%时,焊缝残余应力较无预拉伸的降低近52%,同时,铝合金筒体焊接残余变形也大幅减小。     

冷-热源辅助对FSW残余应力影响的数值模拟

目的采用焊接中施加冷热源辅助的方式对焊接应力进行控制,以减小焊后残余应力。方法采用热机耦合数值模拟的方式对2024铝合金搅拌摩擦焊接过程进行仿真,研究采用焊缝两侧加热且底部激冷的温差拉伸辅助工艺降低残余应力的效果。结果与常规工艺相比,温差拉伸时焊缝附近区域的温度梯度明显减小,焊缝区域温度峰值降低了75.3℃;搅拌头后方形成一个焊缝两侧温度高中间温度低的马鞍形温度场。两种工艺下的纵向残余应力峰值均位于焊缝边缘;相比于常规工艺,温差拉伸工艺下的残余应力峰值降低了23.4%。结论冷热源辅助可以有效减小搅拌摩擦焊接头的残余应力峰值。     

初始应力对三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的影响

目的研究不同初始应力状态下,三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的变化规律。方法采用MIG焊分别对供货态与去应力退火态试板进行多层多道焊,焊后试板经慢走丝切割,经三维光学测量技术扫描切割面轮廓,将所得轮廓数据经所建立的数据处理平台处理,将其结果作为有限元计算的边界条件,经应力反算得到残余应力分布。最后再进行有限元模拟,计算焊接接头残余应力。结果含初始应力、去应力退火和数值模拟的焊缝中心均为拉应力区,最大拉应力分别为480, 450, 523 MPa,且都位于焊缝根部区域。三者试板两侧为压应力区域,最大压应力分别为380, 280, 157 MPa,三者数值相差较大。结论将含有初始残余应力试板、退火处理试板与数值模拟结果的残余应力分布进行对比,可以发现三者在焊缝中心处的残余应力分布较为一致,但沿着焊缝向两侧的区域内,应力差别逐渐变大。主要原因为焊接热循环温度高于金属再结晶温度时可以消除部分残余应力,而温度循环较低时对应力消除不明显,导致实验结果相差较大。     

超高转速搅拌摩擦焊铝合金板的焊接变形和残余应力

采用10 000r·min~(-1)以上的超高转速搅拌摩擦焊设备,对100mm×80mm×1mm的2014铝合金板进行了对接焊。利用水雾冷却的方法控制铝合金板的变形,得到了表面成型良好且变形较小的焊件,并对焊件的焊接变形和残余应力进行了测定和分析。结果表明:该2014铝合金板的焊缝无减薄,横向最小挠度为0.25mm,纵向最小挠度为0.3mm;焊缝处的残余应力很低,纵向残余应力峰值区间为-43~-83 MPa。     

TA23合金不同焊接方法接头组织性能研究

采用CMT、TIG和EBW焊对TA23合金进行焊接,对比分析了不同焊接方法下接头微观组织和力学性能的差异。结果表明,焊接热输入直接影响焊缝晶粒尺寸和焊接接头宽度,TIG焊缝晶粒尺寸最大,CMT次之,EBW最小;EBW接头宽度为5 mm,CMT接头宽度为7 mm,TIG接头达14 mm;3种焊接方法焊缝区域组织均由马氏体α相、片层状α相和残余β相组成,热影响区组织形态介于焊缝和母材组织形态之间;3种焊接方法焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均大于母材,其中EBW焊缝区显微硬度值最大,TIG焊接头抗拉强度最高,CMT焊缝显微硬度和接头抗拉强度均居中。     

基于Simufact的割草盘控制杆焊接成形质量控制研究

目的保证割草机割草盘控制杆焊后的装配精度和尺寸稳定性。方法采用Simufact Welding软件对割草盘控制杆焊接过程进行模拟仿真。通过建立合适的热源模型,得到焊后变形和焊接应力分布情况。结果椭圆板焊缝处为焊接变形最大的区域,最大总变形量为0.73 mm;焊后最大等效应力为395.59 MPa,且沿焊缝两侧向外扩展,等效应力呈递减趋势。结论通过工装优化方案,实现了焊后残余变形控制,最大变形量由0.73 mm降低到0.41 mm,且未引起焊接残余应力的上升,但焊后残余应力仍处于较高的水平,可通过焊后退火消除残余应力。     

焊接顺序对T型接头残余应力及变形的影响

本文利用sireufact welding专用焊接软件,模拟了5种不同焊接顺序对T型焊缝残余应力及变形的影响,并得到了最优的焊接顺序。结果表明：残余应力和变形具有相反的变化趋势,先焊两端后焊中间分段焊法既可有效控制霹堕接头的残余应力,又可控制其变形量。     

高强度合金钢40CrMnMo大轴件焊接修补方法

高强度合金钢40CrMnMo焊接修补,采用焊前预热,施焊过程控温,选用匹配焊材和小线能量多焊道施焊方法,焊后热处理,有效地控制了冷裂纹和应力变形,轴件再经打磨、修磨,抛光等方法后获取重新使用寿命,节约了大量的人力、物力,值得推广应用。     

焊接顺序对管状大厚度V形接头焊接残余应力场的影响

在工业级大型结构中,大厚度钢的应用越来越广泛,由于结构的复杂性,组件间不可避免地需要熔化焊连接;对于大厚度结构,通常采用多层多道焊,而多层多道焊的焊接工艺选择不合理或多焊缝间的焊接顺序选择不当时,会造成焊接结构的局部区域残余应力过大或焊接的残余变形过大,影响结构的服役时间.为了得到管状大厚度V形接头焊接最优工艺方案和残余应力分布规律,本研究利用非线性有限元软件Marc从多层焊焊接顺序的角度,对管状大厚度V形接头焊接残余应力场的影响进行了有限元数值分析,并通过实际测试结果进行验证.分析结果表明:在多层焊的过程中,采用对称焊接的方法得到的焊接残余应力最小;对于管状环形焊缝,内侧焊缝在焊接路径上的残余应力值大于外侧焊缝.     

振动CO2气体保护焊缝残余应力和接头显微组织分析

采用振动CO2气体保护焊对轻型汽车驱动桥壳进行了焊接。对被焊接工件在常规CO2气体保护焊、常规CO2气体保护焊后振动时效处理及不同激振频率下振动CO2气体保护焊三种工艺进行了对比,并就不同条件下的焊缝残余应力、焊接接头显微组织作了分析。结果表明,采用适当振动参数, 在较大振幅时,振动CO2气保焊接能有效减小焊接变形,降低焊接残余应力,最大主动应力降低幅度达到41.74%。熔合区和过度区变窄,焊缝和热影响区晶粒明显细化,由柱状晶转变为等轴晶,魏氏组织减少甚至消失。     

Ti2AlNb合金电子束焊接头残余应力及变形的数值模拟

目的 研究平板对接电子束焊接过程中Ti2AlNb合金接头的残余应力及变形规律。方法 采用高斯圆柱体和高斯面组合热源模型模拟了6.6 mm厚的Ti2AlNb合金平板对接电子束焊过程,对比研究了高焊速高束流和低焊速低束流2种工艺参数下焊接接头的残余应力和变形分布规律,并用小孔法测量了焊缝中心及距焊缝中心10 mm位置的残余应力值。结果 在高焊速高束流参数下,获得了熔池体积小、熔池宽度窄(为3.62 mm)、深宽比高的焊缝;在该参数下焊缝横截面上的高应力集中区(应力在900 MPa以上)尺寸较小,其宽度仅为低焊速低束流参数下的89%;同时,在高焊速高束流参数下,焊缝法向变形最大值为0.79 mm,低于低焊速低束流参数下的0.82 mm;模拟计算所得残余应力与实测值的误差在5.64%以内。结论 高束流高焊速工艺具有热输入小、热量集中、加工效率高的特点,有助于获得高应力集中区域小、深宽比高、变形小的焊缝,比低束流低焊速工艺更具优势。     

焊接应力、焊接变形的产生和控制

影响焊接应力与变形的因素很多,最根本的原因是焊件受热不均匀,其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性的不同所致。本文将主要讨论焊接残余应力、焊接残余变形的产生和控制。