TC4薄壁件氩弧焊焊接残余应力及变形的数值模拟

基于SYSWELD专业焊接仿真软件,利用瞬态法对航空发动机TC4大型薄壁、多焊缝零件氩弧焊过程进行了数值模拟,分析了焊接线能量、夹具约束状态、焊接顺序3个因素对焊接温度场、焊接变形、残余应力的影响。结果表明：焊接变形随着线能量的增加呈指数增长;适宜的氩弧焊焊接线能量为310 J/mm;使用焊接工装约束可以有效减少焊接变形,但会导致焊接残余应力变大且残余应力分布区域更大;采用分散对称焊接的顺序焊接多焊缝零件可以降低零件整体变形。     

TC4钛合金圆管焊接工装设计及工艺优化分析

设计了TC4钛合金薄壁圆管的焊接工装,在焊接过程中将薄壁圆筒纵向焊缝分成数段,可以顺利完成纵缝、环缝的焊接;通过数值模拟技术分析了不同焊接顺序对薄壁筒节纵缝TIG焊接残余变形与应力的影响。模拟结果表明,不同焊接顺序焊后残余变形均以厚度方向为主,焊接顺序对降低薄壁圆筒残余变形作用明显。薄壁圆筒焊后残余应力以纵向为主。分段焊缝相连接的区域纵向残余应力出现较大的波动,分段焊缝的数目越多,相应的纵向残余应力值越高。     

基于SYSWELD的A7N01铝合金缓冲梁结构焊接过程数值模拟

针对动车组缓冲梁焊接结构,采用SYSWELD软件,模拟了缓冲梁结构焊接过程,研究了焊接残余应力分布规律。测试并建立了A7N01S-T5铝合金和焊材ER5356材料物性数据库,通过SYSWELD软件提供的拟合工具,以双椭球热源模型为热量分布形式,建立了符合现场焊接工艺的热源模型,并分析了不同焊接顺序和焊接结构下缓冲梁结构残余应力大小及变化规律。结果表明,采用现场工艺焊接时,下翼板存在较大的残余应力,而对称焊工艺既能提高焊接效率又能降低上述区域的焊接残余应力。     

不同焊接顺序的汽车用S355J2G3钢工字梁焊接结构变形和残余应力的有限元预测

基于焊接热弹塑性有限元分析理论,采用焊接专用有限元分析软件对不同焊接顺序的汽车用S355J2G3钢工字梁焊接结构手工MAG焊接过程进行了数值仿真,获得不同焊接顺序下焊接结构的变形和残余应力分布.模拟时,选择双椭球焊接热源模型,考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.     

CRH2A型动车组缓冲梁结构焊接残余应力的有限元模拟

建立了缓冲梁结构焊接有限元模型,利用有限元法分析了焊接残余应力分布规律.结果表明:应力模拟结果与采用压痕应变法实测结果吻合较好,模型可靠;缓冲梁下翼板边部和工艺孔区域存在较大且分布不均匀的焊接应力,工件挂的焊接对下翼板边部应力分布影响较大;采用A6N01铝合金代替A7N01铝合金作为母材可有效降低缓冲梁结构应力,当角补板和缓冲梁整体成型时,原焊缝附近的残余拉应力明显降低,采用双人对称同时施焊能显著降低缓冲梁下翼板的残余拉应力.     

机械应变法测量TC4钛合金激光焊接残余应力

采用YAG激光对2mm厚TC4钛合金薄板进行焊接,尝试使用机械应变法对其残余应力进行测量,得到了在不同线能量作用下焊缝的外观变化及残余应力的分布规律,分析了激光焊接残余应力产生的原因。研究结果表明:机械应变法适于激光焊接残余应力的测量,其残余应力的分布跟普通熔焊相似,但拉应力区明显变窄;线能量为70 kJ/m时,TC4钛合金对接接头纵向残余拉应力峰值为604.76 MPa,约为母材屈服强度的2/3,工程应用中应加以重视;线能量越大,其焊缝越宽,残余拉应力区域越宽,且峰值残余应力越大。     

锆管环焊接头残余应力有限元模拟及分析

应用ABAQUS大型有限元计算软件,建立了锆管单道环焊接头的三维有限元模型,采用热-力顺序耦合、生死单元等技术对锆管焊接的温度场和残余应力场进行了模拟,模拟过程中考虑了相变潜热、材料非线性等因素的影响;研究了不同焊接线能量和不同约束条件对焊接残余应力的影响规律,获得了残余应力分布特征规律。有限元分析显示:焊接等效应力主要存在于焊缝及热影响区,峰值接近锆的屈服强度。环向和轴向应力峰值均达到120 MPa,约为屈服应力的60%。焊件内外壁上,轴向应力对称分布,等效应力大小与线能量大小呈正比,不同约束条件下,等效应力在约束密集方向明显增大。     

线能量对矩形窗口斜Y型坡口焊接试验残余应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS生死单元技术对12Mn Ni VR钢矩形窗口斜Y型坡口的焊接试验进行多道焊焊接模拟,计算分析了输入不同的焊接线能量对矩形窗口斜Y型坡口焊接试验的焊缝及热影响区残余应力峰值及其分布的影响。结果表明,线能量的改变对横向残余应力影响较大,对纵向残余应力的影响较小;且在一定范围内,Mises残余应力随线能量增大而增大的速率较为缓慢。此试验结果为进一步研究焊接线能量对焊接接头冷裂纹敏感性的影响提供了一定依据。     

液压支架主要承载构件焊接残余应力对比分析

针对综合机械化采煤工程中的安全性问题,以高强钢液压支架的掩护梁和底座为研究对象,应用X射线法对焊后及热处理后的残余应力水平进行评价.对液压支架掩护梁和底座在焊接后热处理后进行两次残余应力现场实测,分别选择各构件特殊部位6～ 10个区域(40多个测点)进行研究,定量给出了残余应力的总体水平及应力分布规律.结果表明,焊接后底座应力水平普遍高于掩护梁,最高应力为429.4 MPa(0.62ReL),掩护梁最高应力为348 MPa(0.50ReL).经过整体热处理,残余应力明显下降,底座及掩护梁残余应力最大值降幅为37％及71％;平均值降幅为46％及76％,新型热处理工艺对降低焊接残余应力有显著效果.     

列车转向架侧梁焊接应力场数值模拟

利用有限元分析技术建立了列车转向架侧梁箱形焊接结构的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的TIG焊接过程进行了应力场的数值模拟。转向架侧梁焊接仿真结果表明,侧梁上四条焊缝不同层间采用不同的焊接顺序,其残余应力是不同的,随着焊接层数的增加其残余应力逐渐减小,说明选择合理的焊接顺序能够降低焊接结构中的残余应力;焊趾处的应力随时间变化的图形上有12个波峰,分别为焊接12道焊缝时对焊趾处的影响,其最大应力已经远远超过材料的屈服强度,并在冷却的过程中应力逐渐减小。转向架在焊后发生了一定的挠曲变形,主要变形为沿着y方向的变形,最大变形量为12.3 mm,x方向和z方向的变形比y方向的变形小了一个数量级。     

蜗壳-座环连接焊缝焊接残余应力的测试与分析

蜗壳-座环连接焊缝的焊接残余应力对其抗疲劳性能有着重要的影响,目前蜗壳热处理及焊接后的残余应力测试已经成为蜗壳制造工艺中的必备检测手段。本文采用盲孔法对蜗壳-座环焊接区域的焊缝区、熔合区及热影响区的残余应力进行了测试,分析蜗壳-座环焊接残余应力的分布状况及其对构件强度的影响。结果表明:蜗壳-座环连接环焊缝因材料厚度不同和温度变化原因使得焊缝残余焊接应力呈压应力分布,同时在蜗壳-座环连接的焊缝区、熔合区及热影响区的焊接残余应力数值呈现依次递减的状态。     

焊接顺序对T型接头残余应力场的影响

对大型金属结构中常见的T型焊缝的焊接过程进行有限元模拟。选用5种不同的焊接顺序,模拟不同焊接顺序对T型焊缝残余应力场的影响,得到最优焊接顺序。结果表明,焊接顺序不仅影响温度场的分布形式,而且对残余应力大小和分布有较大影响。综合分析5种焊接顺序可知,先焊中间后焊两端的分段退焊法可有效降低T型接头残余应力。     

焊接顺序对动车组电机吊架焊接残余应力和变形的影响规律研究

电机吊架是高速动车组特有的悬挂驱动装置,动车组转向架上的2台牵引电机是通过电机吊架连接的,随着动车组运行速度的不断提升,对电机吊架在复杂载荷作用下承载能力的要求不断提高。然而电机吊架在焊接成形时焊缝较多,且主要为多道焊,不合理的焊接顺序会导致焊后存在较大的焊接残余应力和变形,对构件的服役过程产生重要影响。因此,焊接顺序的合理设计与优化对控制焊接残余应力和变形起着重要的作用。本文以某型号的高速动车组电机吊架为研究对象,借助有限元数值仿真方法研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的影响规律。通过对电机吊架3种不同焊接顺序模拟结果与尺寸公差以及残余应力实测结果的对比分析,得出最优焊接方案,该方案将对动车组电机吊架的实际生产具有一定的指导意义.     

桥面钢箱梁结构焊接变形的有限元模拟

针对桥面钢箱梁结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,采用ANSYS软件对不同焊接顺序条件下的残余应力和残余变形进行数值模拟,从而优化了焊接工艺。结果表明,采用对称焊接的方法能够显著减小焊后残余应力和残余变形;第四种焊接顺序为最优的焊接顺序,残余应力集中于焊缝附近,焊缝区域的残余应力在270 MPa左右,建议在焊后对工件进行热处理消除残余应力;焊后变形为挠曲变形,变形为对称分布,从工件两端向中间变形量逐渐增大,最大变形量为14.4 mm,建议通过反变形的方法和对称焊接工艺对钢箱梁结构进行焊接。     

背反射增效激光X形焊缝焊接残余应力的数值分析

以1.5 mm厚的TC4钛合金薄板为对象,建立了背反射增效激光焊接成形过程的三维瞬态有限元模型,基于熔池温度场通过间接耦合方式获得了X形焊接成形的应力场.结果表明,在常规激光焊接仅能获得V形焊缝的激光工艺参数下,背反射增效激光焊接可获得对称性好的X形焊缝;同时,其焊缝上表面纵向残余应力与常规激光焊接基本一致,但其焊缝下表面纵向残余应力较常规激光焊接要大,且达到了上表面纵向残余应力相同的水平;此外,不同线能量下背反射增效激光焊纵向残余应力的变化很小,表明背反射增效激光焊接的线能量对其焊接残余应力影响的敏感度较低.     

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。     

焊接顺序对焊接残余应力的影响

在焊接过程中,强烈的局部加热和随后的快速冷却在焊件中造成了很大的温度梯度,不可避免地产生了一定程度的残余应力和变形而降低焊缝的力学性能.优化焊接顺序是降低焊接残余应力的一种简单易行、成本低且行之有效的方法.系统地对焊接顺序在焊接残余应力中的影响进行了综述,并运用其机理对不同焊接结构进行了分类评述,得出判定单条焊缝、多道...     

空间超大型X钢管节点的制作及焊接工艺

介绍了广州珠江新城西塔工程外筒超大X型钢管节点的结构形式,详细分析了该类型节点制作与焊接的特点与难点,并结合工厂实际制作能力制订了有针对性的工艺技术措施,包括焊接工艺原理的角度,合理、科学的设计出各主要焊缝的形式、主结构装配顺序、焊缝焊接顺序和工艺要求等,并利用振动时效工艺消减焊接残余应力,通过焊接前后对主结构不同部位截面的应力水平进行监测与对比试验,确定了振动时效工艺对焊接残余应力的消减作用。     

Inconel 718镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟

以Inconel 718镍基合金管道的对接接头为研究对象,建立了热-力学耦合的三维有限元模型,采用SYSWELD焊接模拟软件对其环焊缝在不同预热温度和焊接顺序下的残余应力进行数值模拟,分析了预热温度和焊接顺序对外表面轴向和环向残余应力分布的影响。并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。结果表明:管道外表面轴向残余应力在焊缝及近缝区表现为压应力,而远离焊缝中心的区域表现为拉应力;焊缝与近缝区环向残余应力为拉应力,随着距焊缝中心距离的增加,拉应力逐渐转化为压应力;随着预热温度的增加,管道外表面轴向和环向残余应力降低;焊接顺序的改变不能有效降低管道焊接残余应力。     

基于数值仿真的动车组横梁管焊接顺序优化

横梁管是机车转向架构架的重要组成构件之一,起到连接两边侧梁与横向止挡的作用,是主要承载及牵引部件,随着动车组运行速度的不断提升,对转向架构架横梁管在复杂载荷作用下的承载能力的要求不断提高。本文以某型号的高速动车组转向架构架横梁管为研究对象,采用数值仿真的方法,研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的分布规律,并以此进行焊接顺序的优化。结果表明:对于横梁管自由端焊接变形,方案1和方案2的变形量明显大于方案3的,方案3的整体焊接变形最小、端面平整度最好;对于横梁管焊接残余应力,3种方案在焊缝表面、焊趾处、熔合区处的Mises应力相差不大,变化趋势也基本相同;方案3,即正-逆交替焊接的方法在不增大应力的情况下可以有效地控制焊接变形。本文结论能够有效地控制机车转向架构架横梁管的焊接残余应力与变形、改善接头焊接质量,为实际生产提供数据参考。