焊接顺序对TC4钛合金TIG焊T型接头残余应力和变形的影响

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明：模拟得到焊接热循环曲线与试验曲线基本吻合,峰值温度相对误差小于5%,证明模型准确;3种焊接顺序所得T型接头的纵向残余应力在靠近焊缝处均表现为拉应力,远离焊缝处均表现为压应力,方案1接头位置残余应力变化梯度最小;方案1所得接头的变形最小,焊后翼板垂直度最优,因此双侧同时同向焊接更适用于需要严格控制构件焊接整体变形的场合。     

油田运输管道中的弯管法兰焊接仿真及优化分析

基于Sysweld软件平台,采用双椭球体热源分布模型,实现对油田运输管道中的弯管法兰焊接过程的数值模拟仿真。使用UG建立弯管法兰的三维焊接模型,利用Hypermesh、Visual-Weld和Sysweld等进行网格划分、分组和模拟仿真,获取了温度场及应力应变场的分布情况。通过分析焊接温度场分布和焊件形变得出温度场对焊件残余应力的影响,优化焊接装卡条件后,改善焊件残余应力情况。     

6系铝合金防撞梁焊接残余应力影响的耐撞性研究

为研究焊接残余应力对铝合金防撞梁耐撞特性的影响,用Abaqus数值仿真,分析4种焊接顺序下的防撞梁焊接残余应力场,并通过6系铝合金的Johnson-Cook本构与损伤模型建立防撞梁碰撞有限元模型,分析残余应力对其耐撞特性的影响。结果表明：在不同焊接方案下,沿焊缝方向的路径上焊缝端部的纵向残余应力因焊缝端部加热的情况不同而差异明显;采用退焊顺序能有效控制焊接残余应力。考虑焊接残余应力时,碰撞力峰值偏高,且吸能盒在压溃过程中材料开裂失效更严重。     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

基于SYSWELD的焊接工艺参数对多道焊焊接残余应力的影响

文章以某型动车组中间车KK端中T型焊接接头为例,通过数值仿真,分析了不同预热温度与不同焊接速度对焊接残余应力的影响。利用双椭球形热源模型校核得到了与实验拟合度较好的温度场,保证了后续计算焊接残余应力的准确度。通过三种多道焊速度方案,计算T型焊缝焊接残余应力可知:在给定的预热温度前提下,在一定范围内减小焊接速度,可减小焊缝残余应力;分析了预热温度对焊接残余应力的影响,在一定范围内提高预热温度,可以有效地降低焊接残余应力。     

焊接顺序对6061-T6铝合金矩形焊缝焊接残余应力及变形量的影响

以热弹塑性有限元法为基础,结合热-力耦合的算法建立有限元模型,采用Abaqus软件对薄壁6061-T6铝合金矩形型材进行焊接模拟;模拟了不同焊接顺序对铝合金型材残余应力及焊接变形量的影响,得到了最优的焊接顺序。结果表明:在矩形焊接时焊缝所在平面上产生的最大残余应力为拉应力;选择对称焊接工艺可以有效降低铝合金型材焊接后的残余应力,增强焊件的焊后稳定性;从较长的焊接路径开始焊接,能够减小焊接变形量。     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

随焊冲击旋转挤压控制LD10薄板件焊接变形和热裂纹的研究

LD10铝合金薄板在焊接过程中易产生焊接热裂纹,焊后薄板件易产生较大的焊接变形。采用冲击旋转挤压头对焊缝及相邻区域施加一定频率的冲击旋转挤压作用,使焊缝及近缝区产生塑性延展;对LD10常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的焊接残余变形与焊接残余应力进行测量,对比分析了常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的拉伸试验、维氏硬度、断口分析和金相组织,明确了随焊冲击旋转挤压工艺对焊接件组织及性能的影响。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压处理后,工件的残余应力被降低到较低水平,随焊冲击旋转挤压工艺起到控制焊接残余应力和变形的作用,并且抑制了焊接热裂纹的产生。     

盾构机刀盘牛腿焊接过程的三维仿真

盾构机刀盘上牛腿部位在掘进过程中的焊缝及其周围部位的开裂及断裂直接影响施工效率和成本。在ANSYS有限元软件二次开发环境下建立了盾构机刀盘牛腿焊接三维模型,并采用双椭球热源模型建立了多层多道焊模型。采用"单元生死"技术数值模拟了牛腿焊接过程中的温度场和应力场分布及其变化规律,结果表明焊缝以及焊缝附近区域的应力水平较高,焊缝处的残余应力为较大的拉应力,其中纵向残余应力要远大于横向残余应力,远离焊缝的区域的应力主要由残余压应力组成,该结果为研究盾构机刀盘牛腿部位的焊接工艺提供了理论依据。     

厚板埋弧焊接头焊后感应热处理应力场的数值分析

使用ANSYS软件建立厚板埋弧焊接头的热-力数值分析模型,计算焊接过程中接头的瞬态温度场和应力场分布,分析焊后感应热处理对残余应力的影响.将模拟计算所得的熔池轮廓和残余应力数据与实测厚板焊后值进行对比,验证模型的可靠性.结果表明:焊后厚板埋弧焊接头处的残余应力以拉应力为主,最大残余应力存在于焊缝处,数值为233 MPa...     

铝合金薄板焊后碾压控制焊接应力变形的数值模拟

采用三维弹塑性有限元法对铝合金薄板的焊后冷碾压过程进行数值模拟,研究焊后冷碾压工艺对铝合金薄板焊接残余应力重新分布的影响以及矫正焊接变形的效果。通过建立两种不同的碾压计算模型发现,在碾压计算过程中只有考虑焊接残余应力场的影响,才能得到与试验测量结果相一致的碾压后残余应力分布。研究结果可用于实际碾压工艺的优化。     

拼焊顺序对大型焊接机壳中分法兰变形的影响

利用热弹塑性有限元方法对大型轴流焊接机壳中分法兰的变形状态进行了数值计算,建立有限元模型,分别计算三种拼焊方案下机壳中分法兰的变形情况。定量地预测了不同拼焊顺序下机壳中分法兰的变形,得到了可获得最优变形状态的拼焊顺序。对比中分法兰计算变形和实际变形测量数据,吻合良好,证明数值优化方法用于大型结构的变形预测是可行的。     

焊接顺序及焊接方向对X80管线钢残余应力的影响

针对近年来X80管线钢在应用中出现的多起开裂事故问题。文章采用双椭球热源模型,以生死单元技术模拟V型焊缝填充构建焊接数值模拟过程。采用实验与仿真相结合的方法,对比分析了X80管线钢在多层多道焊时2种不同焊接顺序及4种不同方向对焊接残余应力的影响。结果表明：焊接顺序对焊缝区和HAZ的残余应力有明显影响,采用对称型焊接顺序时残余应力峰值仅为296.4 MPa,比顺序型焊接顺序应力峰值低29.3%;不同焊接方向对焊缝区和HAZ的残余应力影响不大;数值计算结果与实验结果吻合较好,且计算结果对焊接实验具有一定的指导意义。     

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。     

焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对Q345钢焊接残余应力与变形计算精度的影响

建立合适的材料模型是有限元法准确预测焊接残余应力与变形的关键.基于有限元软件ABAQUS,采用热-弹-塑性有限元方法模拟Q345低合金高强钢平板对接接头的焊接残余应力与变形,探讨焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对焊接残余应力和变形的影响.数值模拟结果表明,与理想弹塑性模型预测的结果相比,材料模型区分考虑母材和焊缝金属的屈服强度会明显增加焊缝及其附近区域的纵向残余应力,材料模型考虑材料的加工硬化及退火软化效应会显著增加焊接接头下表面的纵向和横向残余应力,材料模型考虑焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化及退火软化效应对平板对接接头角变形的影响较小.比较计算结果与试验结果可知,为准确地预测Q345钢接头焊接残余应力与变形,材料模型要区分考虑母材与焊缝金属的屈服强度、材料的加工硬化及退火软化效应.提出的材料模型为采用数值模拟方法高精度地获得Q345低合金高强钢接头或结构的残余应力与变形奠定了理论基础.     

不锈钢薄板对接焊仿真分析

在薄板焊接中,高温热源加载和移动后快速冷却,使得焊缝处存在焊接残余应力。为了预测焊接残余应力集中地方和大小,方便进行工艺设计,采用ANSYS WORKBENCH对不锈钢薄板对接焊焊缝进行数值分析,得出温度场和应力场分布。     

高温气冷堆大接管装焊工艺仿真及其应用

针对高温气冷堆压力容器的马鞍形接管焊接,采用有限元法模拟坡口形式及焊接道数对残余应力、应变的影响,结果表明,马鞍形焊缝采用双U型坡口12道焊,焊后焊缝具有最小的残余应力及应变。采用优化后的焊接工艺进行模拟件焊接,结果表明利用有限元法优化后的工艺可有效保证筒体的圆柱度≤8 mm。     

6061铝合金薄板焊接应力与焊接变形

研究了6061铝合金薄板TIG焊焊接应力、焊接变形与焊接电流、焊接电压和板材尺寸的关系.随着焊接线能量的增加,铝合金的纵向和横向收缩变形增加;随着板的长度的增加,由于约束增加,板的纵向残余变形减少,厚度方向的抗弯增大,横向变形增大.板焊后,焊缝处受拉应力,而紧靠焊缝的母材处却受压应力,其余部分受拉应力且焊接线能量越大,残余应力越大.     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板残余应力与变形研究

针对铝/钢异种金属薄板焊接时容易产生残余应力与变形问题,提出采用随焊冷却氩气激冷对其进行控制。建立随焊氩气冷却激冷铝/钢异种金属熔钎焊的数值分析模型,研究不同冷却距离对残余应力和变形的控制效果,探究随焊激冷技术控制焊接变形与残余应力机理;同时,进行随焊激冷铝/钢异种金属熔钎焊试验,对焊接温度场、残余应力与变形进行测量,验证模型的准确性。结果表明,采用最优冷却距离(d=10mm),进行随焊冷却氩气激冷焊接试验时,纵向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别减小42.1%和74.4%,横向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别降低11.3%和14.4%,铝板和钢板外边缘焊接变形量分别减小67.9%和69.5%。随焊冷却氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接时产生的残余应力与变形。     

基于数值计算的切割焊接连续加工残余应力演变过程

热切割与焊接在船舶制造中以先后顺序连续作用于构件,形成复杂的工艺耦合残余应力场,给掌握船体结构残余应力分布带来困难.为此,以典型的平板结构切割成形后对接焊工艺过程为对象,基于热弹塑性有限元法,建立该过程的数值计算模型,分析切、焊耦合残余应力的分布规律与演变过程.结果表明,在切焊连续加工中,沿焊缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度大于单独进行切割或焊接工艺时的情况;距焊缝较远位置的应力不仅受其温度升降影响,还要平衡热源周围的压应力,因此率先呈现出渐增的拉应力;初始切割残余应力对最终耦合残余应力的影响取决于温度变化梯度的大小.