钛合金薄板带热沉的TIG焊温度场

采用数值模拟和试验相结合的方法比较研究了钛合金薄板常规钨极氩弧焊(TIG)及带热沉的TIG焊焊接过程中温度场的形态与演变历史。相对于预置温度场的静态焊接应力和变形控制技术,带热沉的TIG焊接技术又称动态控制低应力无变形焊接技术(DC-LSND,Dynamically controlled low stress no-distortion)。该技术中。在热源之后紧随起冷却作用的热沉装置。研究结果表明。采用DC-LSND技术在热沉附近形成了中间低两边高的马鞍形温度场,热沉作用部位存在温度低谷,该温度区冷却收缩造成对附近高温区的拉伸作用,使焊缝不协调应变减小,焊缝中的残余拉应力降低,防止了焊接变形的产生。对DC-LSND畸变温度场的研究是了解这种方法控制变形机理的前提。     

低应力无变形焊接新技术——薄板构件的LSND焊接法

低应力无变形(LSND)焊接法是一种在薄板焊接时,利用特定的预置温度场积极控制焊接热应力应变发展过程的新技术。采用相应措施防止工件在焊接温度场共同作用下的瞬态失稳变形,以保证有效的“温差拉伸效应”跟随焊接热源,定量地控制焊缝纵向压缩塑性应变。改变焊后残余应力场使之重新分布,采用常规的焊接方法和焊接工艺参数,即可达到焊后低应力无变形的效果。     

钛合金预置温度场TIG焊接技术

进行了TC2合金常规TIG焊、预置温度场TIG焊工艺试验，测试了接头应力和变形，进行了对比分析。研究表明，采用预置温度场低应力焊接法进行焊接，残余应力和变形得到较为有效的控制，δ2mmTC2合金试件焊后变形量控制到16．3mm，比常规焊降低64％，残余拉应力峰值平均为297．6MPa，降低34．4％。     

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.     

用滚压法消除铝合金焊缝变形与应力

某铝合金薄壁简体,有两条纵缝和两条环缝,焊后变形较复杂,影响了产品的密封性和互换性,较难满足设计及大批量生产的要求。为消除薄壁构件的变形与应力,研究了窄滚轮滚压法。如所周知,薄壁构件焊接的残余应力分布,一般是在焊缝和近缝区受拉应力,而在边远地区受压应力,因此薄壁构件焊接变形多表现为受压应力作用而产生的失稳变形。从消除残余变形与应力的观点来看,最理想的方案当然是造成与焊接时压缩塑性变形量大小相等、方向     

低合金钢薄板件TIG焊接温度场三维有限元模拟

利用有限元分析方法,模拟计算汽车变速箱用离合器盘TIG焊条件下焊接温度场分布及熔池形态。采用等密度分布体积热源模拟TIG焊时在强电弧作用下所形成的热源。结果表明,采用简化的热源模型,可以实现对TIG焊接温度场分布进行比较准确的预测,为进一步计算残余应力分布和变形打下基础。     

非铁金属的焊接

铝合金随焊控制焊接应力与变形的几种新方法 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。在台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,同时可以防止焊接热裂纹的产生。     

非铁金属的焊接

铝合金随焊控制焊接应力与变形的几种新方法 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。在台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,同时可以防止焊接热裂纹的产生。     

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.     

Q345E薄板高频脉冲MAG对接焊工艺及数值模拟

文中针对板厚为3 mm的Q345E低合金高强钢的低应力、小变形焊接工艺进行研究。采用打底焊模式的高频脉冲加短路熔滴过渡形式和电弧冷焊方法进行焊接。利用ABAQUS有限元分析软件的热-弹-塑性法,进行焊接温度场、应力场与焊接变形仿真分析,并对焊接热循环、焊接残余应力与焊接变形的变化进行测试,结果如下：打底焊模式0 mm间隙工况与电弧冷焊模式1 mm间隙工况的焊缝成形形貌良好,无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷;在选择焊接方法时,0 mm间隙可选打底焊,1 mm间隙可选电弧冷焊;当试板正、背面受热不同,冷却过程中收缩程度也不一致,产生角变形,变形特征确定后,可通过减小热输入,减小正、背面受热差值来减小变形;纵向残余应力比横向残余应力相对较大,纵向残余应力正背面差值较小,横向残余应力正背面差值较大,应力场模拟特征与实测基本一致。     

薄壁低碳钢管焊接变形的数值模拟

基于泛用软件ABAQUS,开发了适用于模拟熔化焊产生的温度场、应力场和应变场的热弹塑性非线性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型和采用双椭球高斯体积移动热源,对低碳钢薄壁钢管的焊接温度场和焊接变形进行了数值模拟.同时还采用焊接机器人实际进行了低碳钢薄壁钢管的焊接,并实测了钢管的焊接变形.结果表明.数值模拟得到的变形和...     

1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术

针对1420铝锂合金平板对接和T形穿透焊接结构,开展了动态低应力无变形(DC-LSND,dynamically controlled low stress non-deformation)焊接技术的可行性研究;通过与常规TIG焊进行焊接应力和变形、接头组织以及拉伸性能的对比,分析了该技术实现应力和变形控制的原因.结果表明,采用动态低应力无变形焊接1420铝锂合金平板对接结构,能够有效地减小焊接应力和变形,并且对接头的拉伸性能没有影响,同时采用该技术可实现铝锂合金T形接头穿透焊的应力和变形的控制.     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。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，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8 m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6 m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207 MPa,达到母材强度的71%.     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

焊接电弧热效率的力学测试方法

基于焊接残余应力与外载荷应力叠加产生残余变形的原理，在焊接试件拉伸试验过程中，测量加载、卸载时试件的位移。并通过计算，可以确定焊接电弧的热效率，同时与焊接热源有效利用率的测试计算方法所得到的焊接热效率值进行了比较。研究结果表明，两种方法得到的焊接热效率值十分接近，因而为焊接热过程计算提供了一种新的确定焊接热效率的方法。     

不同工艺下超强钢点焊残余应力的试验分析

为了分析在不同工艺下电阻点焊对超强钢焊接构件内部残余应力的影响,文中试验选用B1500HS快冷淬火后的超高强钢薄板,通过德国NIMAK点焊机器人进行电阻点焊,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量点焊构件焊核区、热影响区、母材区表面处的残余应力,分别从电极直径、焊接电流、锻压力方面考察不同工艺对超强钢点焊构件残余应力的影响. 结果表明,残余应力以焊核为中心基本呈对称分布,从焊核到母材,数值先增大后减小,在热影响区处达到最大值且为拉应力,远离焊核区降低为压应力,且拉应力最大值明显高于压应力最大值;残余应力随电极直径增大而增大;残余应力随着电流增大其最大值先增大后减小;锻压力可以降低残余应力峰值.     

Characteristics of welding distortion/residual stress generated by fillet welding with laser beam and verification of generality of its highly accurate prediction

It was found that the characteristics of welding distortion and residual stress generated by laser beam welding (LBW) had the same tendency as those by arc welding but that the absolute value was small. Moreover, the process of LBW is quite different from that of arc welding, the validity and generality of the dominant factors to predict high accuracy welding distortion and residual stress generated by welding could be verified by the high accurate prediction of welding distortion and residual stress which had been proposed based on arc welding. Inherent force was proposed as a parameter which could indicate the magnitude of compressive residual stress, which might influence the load-carrying capacity. Although inherent forces with LBW were 40% that of arc welding, it was found that control of welding heat input was important so as to improve the load-carrying capacity.     

The mechanical measuring method of welding heat source efficiency

Based on the principle of residual deformation induced by superposition of the welding residual stress and working stress, the welding heat source efficiency has been determined by measuring displacement changes of specimens under loading and unloading in tensile tests, and combining with calculating welding parameters. Meanwhile, the welding heat source eficiencies obtained are compared with those of the measuring-calculating method. The research results show that the welding heat source efficiencies are almost the same as those obtained by the measuring-calculating method. Therefore, the welding heat source efficiency can be determined accurately by this method, and a new determining method of the heat source efficiency for the welding heat process calculating has been provided.     

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。