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.     

焊接过程对焊接残余应力及残余变形的影响

采用热弹塑性有限元法，对直通焊和多人同时分段焊两种焊接过程的平板对接焊时焊接应力变形和圆柱壳板环缝的焊接变形进行比较，认为多人同时分段焊直通焊无论在降低焊接残余应力还是焊接残余变形都具有非常显著的效果。     

机械挤压矫正焊接变形的模拟与试验研究

利用自制的夹具对机械挤压矫正薄板焊接变形的效果进行了试验研究.采用有限元分析方法对常规焊件和机械挤压焊件的应力应变场及残余变形进行了模拟.试验和模拟结果均表明,对焊件施加平行于焊缝方向的纵向挤压力能够有效矫正薄板焊件的失稳变形.在适当的挤压力下,在远离焊缝的区域产生了纵向压缩塑性应变,而焊缝区由焊接过程导致的塑性应变值没有发生变化.机械挤压法能够降低薄板焊件焊缝区的纵向拉应力水平是其能够矫正焊接失稳变形的原因.     

大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。     

焊接残余应力调控技术的研究与应用进展

残余应力在焊接构件中普遍存在，不均衡分布的残余应力是构件变形和开裂的根源，直接影响焊接构件的承载能力、稳定性和服役寿命。焊接残余应力随构件服役环境及外界载荷变化而动态分布，对残余应力的消减、均化应贯穿焊接构件设计、生产和服役全生命周期。焊接变形及残余应力控制关键在于塑性区的调控，合理的焊接顺序能有效降低工件应力集中并改善其分布状态，及时的焊前预热及焊后回火能有效降低接头温度梯度、松弛应力集中、消减残余应力。对焊缝的锤击松弛处理能抵消部分焊缝区收缩，减小残余拉应力。对焊缝及周边区域施加拉伸、振动时效、超声冲击和喷丸强化等力学形变载荷，可与焊件内部应力叠加促进塑性形变，释放、均衡残余应力。这些方法各有优势，但均需密切结合构件材料、结构及性能控制要求来进行选择。随着制造业转型发展及绿色环保政策驱动，未来工程装备残余应力调控技术会向绿色环保、柔性高效、过程可控、专业化方向转变。     

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。     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

不锈钢的焊接缺陷对结构影响及解决办法

通过对不锈钢焊接过程中及焊后焊件产生的缺陷的分析,缺陷的产生过程十分复杂,既有冶金的原因,也受到应力和变形的作用,缺陷对焊接结构承载能力影响显著,更为重要的是应力和变形与缺陷同时存在。焊接缺陷容易出现在焊缝及其热影响区．而那些地区正是结构中拉伸残余应力最大的地方。焊接缺陷会降低焊接结构的强度,减小结构承载横截面的有效面积,井且在缺陷周围产生了应力集中,焊接缺陷一般包括有未焊透、未熔合、裂纹、夹渣、气孔、咬边、焊穿和焊缝成型不良等。焊接缺陷是平面的或立体的,平面类型的缺陷比立体类型的缺陷对应力增加的影响要大得多,因而也危险得多。属于前者的有裂纹、未焊透、未熔合等,属于后者的有气孔．夹渣等,只有从材料、温度、工艺等方面进行全方位地改进,才能保证焊接件质量达到满意的焊接效果,提高焊件的使用寿eOo     

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的 揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法 基于有限元（FEM）模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果 在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论 上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。     

动态低应力小变形无势裂随焊锤击焊接技术研究

从力学角度出发,首次提出随焊锤击的焊接技术,并结合跨焊缝两侧横向位移的测量及显微组织的研究,分析了随焊锤击防止焊接裂纹的作用机理,试验结果表明,随焊狂击技术可显著地改善焊缝显微组织及残余应力分布,防止焊接热裂纹的产生,并能够有效地控制LY12CZ铝合金薄板焊接横向及纵向收缩变形,可以认为随焊锤击是一种更合理,更具实用价值的低应力小变形无热裂的焊接技术新方法。     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。     

窄间隙焊技术在隔板中的应用

从焊缝的力学性能、焊接残余应力和残余变形以及焊接成本等方面阐述了窄间隙焊在隔板焊接中应用的优势。     

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.     

焊接工艺对“T”形接头构件焊接应力分布的影响

焊接是一个复杂的工艺过程,对工程质量优劣及结构安全具有直接的影响。在2个焊件之间,端面构成的直角或者是接近直角接头成为T形接头。在实际上,对接接头的焊缝通常略高于母材板面,在焊缝与母材的过渡处会存在应力集中的现象。由于现阶段控制和消除残余应力能力还不够成熟,焊接残余应力会直接影响到钢结构的强度和承载能力。因此,在具体实践中,需要加强对T形接头焊接应力分布的影响研究,以确保焊接结构安全可靠。     

预拉伸控制铝合金焊接变形

在预拉伸应力作用下,焊接了厚度为4mm的5A05铝合金试板,通过焊接试板挠曲变形量的测定,探讨了预加拉应力对铝合金焊接变形的影响。试验结果表明,预拉伸焊接法可以有效减小铝合金薄板焊缝处的纵向挠曲变形量,在弹性应力范围内,随着预拉伸应力的增大,试板的焊接变形逐渐变小。初步分析认为,预拉伸应力扩大了高温下焊缝附近的塑性变形区,从而增强了冷却过程中该区域抗塑性拉应变的能力,减小了焊件的挠曲变形。     

焊接结构件振动时效处理

由于电焊本身的特点,一些焊接缺陷,如焊接变形,焊后残余应力等问题很难避免,为了改善焊接质量,焊接工作者对焊接方法、焊接材料、焊接后的矫正等方面进行了大量工作,经过大量实践证明,采用振动时效方法消除焊接应力,减小焊接变形,保证了产品质量,提高了生产效率,从而降低了制造成本。针对振动时效法的这些优点,本文详尽叙述了振动时效应用原理并结合超高强度钢的焊接结构件振动时效处理的实际应用情况,证明采用针对时效法处理焊接中的问题是可行的、有效的。     

随焊旋转冲击控制焊接变形新方法

提出了旋转冲击控制应力变形的新方法,并研制了一套旋转冲击装置.工作时通过电锤带动装配在其上的压杆施加旋转冲击作用于焊缝及焊趾部位,使其延展产生拉伸塑性应变来抵消焊接过程产生的残余压缩塑性应变,从而有效的控制了工件的焊接变形.应用所研制的装置,对2A12T4铝合金进行控制焊接变形的试验,发现旋转冲击可以起到减小焊后工件中残余变形、细化焊缝晶粒、提高强度的作用.     

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。     

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。     

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。