加筋板结构及焊接顺序对焊接变形的影响

焊接广泛应用于工业中,用于组装不同的产品,如:汽车,船舶,桥梁等。而焊接变形通常是造成尺寸不精确和高制造成本的主要原因。因此,通过有限元模拟预测变形量和通过改善焊接结构的质量来减小焊接变形是至关重要的。本项研究的目的是减少大型船板的变形,有两种方法:首先,采用热弹塑性有限元分析进行变形预测,估算Q345钢焊接接头的固有变形;其次,基于固有应变理论对大型船板的焊接过程进行弹性分析,揭示了板材边缘和内部的变形情况。通过运用有限元模拟,对比不同形状模型的焊接变形,找到最有焊接顺序,可以最大限度降低焊接变形。     

采用集成计算方法预测开式锻焊齿轮的焊接变形

以直径为7 160 mm的大型开式锻焊齿轮为研究对象，采用集成计算方法预测了齿轮在焊接制造过程中产生的变形。基于MSC. Marc通用有限元软件平台，从齿轮结构中抽取了3个典型焊接接头，采用热-弹-塑性有限元方法计算了各个接头在多层多道焊接条件下的固有变形，即纵向收缩、横向收缩和角变形；将各个焊接接头的固有变形转化为固有应变，采用基于固有应变的弹性有限元方法计算了开式锻焊齿轮的整体焊接变形。数值模拟结果表明，大型锻焊齿轮在焊接制造后，直径方向收缩量约为11 mm，周向收缩量约为3 mm。     

焊接变形的高精度测量方法及预测方法研究

基于有限元分析的固有变形逆解析方法是一种获取焊接接头固有变形的新方法。但是,采用该方法计算固有变形时,必须已知焊接前后焊接接头上少数点的三维坐标值。为了提高固有变形逆解析结果的精度,提出利用接触式三维坐标测量仪准确地获得焊件中面上三维坐标的新算法。该算法是通过在被焊件上加工小孔,在每一个小孔附近测量八个点的三维坐标,利用测量得到的坐标值确定小孔的中心位置。以2 mm和3 mm薄板表面堆焊焊接接头为例,以计算得到的小孔中心三维坐标为已知参数,基于逆解析方法求得了各成分固有变形,并采用固有应变法预测了2 mm和3 mm薄板焊接变形。通过比较分析发现,尽管焊件板厚只相差1 mm,但焊接变形的特征和变形量却有显著的差别,采用该测量方法及算法能获得焊接接头中面上较精确的三维坐标,基于逆解析方法获得的固有变形各成分有效准确。     

焊接变形预测中基于假定热应变法的弹性有限元建模

传统的固有应变法在固有应变载荷的施加中,因难以准确反映实际固有应变分布规律而影响焊接变形预测精度。通过传统等效载荷法与应变直接边界法的融合优化,所提出假定热应变法能够有效弥补传统载荷法逐层输入固有应变载荷的失真,以及应变直接边界法无法预测凸型角变形及纵向弯曲的不足。同时,该方法通过等效力学模型综合考虑多样的固有应变分布,使由凸型角变形和凹型纵向弯曲组成的马鞍形屈曲变形实现准确的分析计算。通过试验、热-弹塑性有限元模型,应变直接边界法弹性模型和假定热应变弹性模型综合比较,研究5052铝合金平板堆焊下所形成的屈曲变形。结果表明,假定热应变弹性模型对屈曲变形实现准确和快速的预测,可以应用于大型焊接结构及激光增材制造中的变形预测,并能够为固有应变理论中实现实际固有应变分布的转换提供新的思路。     

焊接变形预测的研究进展

焊接变形预测技术对焊接结构的制造和使用有重要意义,数值模拟是近年来研究焊接变形的主要手段和方法,文中综述了预测焊接变形的各种方法及其发展现状,重点介绍了热弹塑性有限元法和固有应变法预测焊接变形的原理、存在的困难和国内外研究者提出的相应解决措施,以及下一步研究有待解决的问题。     

1500 MPa级超高强钢复杂薄壁结构焊接变形预测

基于MSC.Marc通用有限元软件平台,开发了同时考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元方法用于模拟1 500 MPa级超高强钢薄板接头的焊接变形;同时也开发了基于固有应变理论的弹性有限元方法来计算大型复杂结构的焊接变形。首先,以1500MPa级超高强钢薄板对接接头为研究对象,分别采用热-弹-塑性有限元方法和固有应变法模拟了焊接变形,并与试验结果进行比较,计算误差均小于15%。随后,以1 500 MPa级超高强钢大型复杂薄壁结构为研究对象,采用热-弹-塑性有限元法计算薄壁结构中典型焊接接头在自由和强制拘束条件下的固有变形,考察拘束条件对焊接接头变形的影响。最后,基于固有应变理论计算了超高强钢复杂薄壁结构的整体焊接变形,并研究了强制拘束对薄壁结构焊接变形的影响。数值模拟结果表明,采用外部强制拘束可以在一定程度上减小薄壁结构的总体变形。     

基于热-机耦合有限元法预测构架侧梁焊接变形

准确地数值模拟焊接构架侧梁在其生产过程中产生的焊接变形规律,是有效地控制焊接变形和减少焊后矫形工作的关键。本文基于热-机耦合热弹性有限元方法,采用Marc软件,创建了焊接构架侧梁有限元模型,并采用分段串热源进行焊接热源模拟,得出了侧梁在垂向弯曲、水平弯曲和纵向收缩变形的规律,最后利用合理的实验方法给出侧梁实际变形结果。研究表明:数值模拟计算与实验结果十分吻合,从而证明了此方法对其进行焊接变形预测的有效性。     

薄壁箱形梁的焊接变形预测

通过试验和理论的结合，对薄壁箱形梁的焊接变形进行了预测。主要采用热弹塑性有限元法分析焊接时梁的变形情况，结果与实际吻合得非常好，为后面预测大型薄壁结构的焊接变形奠定了基础。     

薄壁箱形梁的焊接变形预测

通过试验和理论的结合,对薄壁箱形梁的焊接变形进行了预测。主要采用热弹塑性有限元法分析焊接时梁的变形情况,结果与实际吻合得非常好,为后面预测大型薄壁结构的焊接变形奠定了基础。     

基于有限元带隔板双槽钢焊接梁焊接仿真优化

针对工业生产中广泛使用的带隔板双槽钢焊接梁在焊接成型过程中的变形,通过有限元技术模拟真实的焊接过程和焊接顺序,实现了焊缝焊接顺序的最优化.首先建立焊接梁有限元模型,定义材料属性,确定边界条件以及热源的类型及其大小.然后通过有限元技术模拟焊接过程,再现了焊缝填充物的生成过程.通过优化焊缝的焊接顺序达到了控制变形并使其最小的目的.最后分析结果,得到了焊接变形的理论依据.     

焊接变形预测与控制的研究进展

综述了焊接变形预测和控制的研究现状，介绍了对焊接变形进行预测的几种常用理论和方法，包括热弹塑性理论、考虑相变和耦合效应的有限元分析、粘弹塑性有限元分析、残余塑变法、相似理论、人工神经网络的应用等。同时介绍了控制焊接变形的几种方法，如反变形法、控制工艺参数、控制温度场以及系统综合分析等。最后讨论了焊接变形研究中需要解决的几个问题。     

薄壁铝合金结构焊接应力变形数值模拟

实际结构焊接过程的三维数值模拟因为计算量大而往往难以进行。为了采用三维热弹塑性有限元方法对薄 壁铝合金结构的焊接过程进行数值模拟,提出了粘贴单元和混和单元两种网格划分技术相结合的单元划分方案进 行有限元建模,通过薄板对接模型试验验证了此方案的可行性,并研究了不同建模方案对计算效率的影响。将这 种单元划分方案应用到实际薄壁筒体结构焊接过程的数值模拟中,对焊接过程产生的残余应力和变形进行了成功 地预测。结果表明:对于薄壁构件,采用粘贴单元和混合单元相结合的单元划分方案可以在保证一定精度的前提 下,可大大减少有限元网格划分工作量,同时可降低计算规模,提高计算效率。     

Q345/SUS304异种钢焊接接头固有应变的变化规律研究

为快速准确地预测异种钢结构的焊接变形,提出了用于模拟异种钢焊接接头残余应力与变形的热弹塑性有限元法。基于所提方法,以Q345/SUS304异种钢平板对接接头和T型接头为研究对象,研究了其固有应变的变化规律。进一步针对复杂Q345/SUS304异种钢焊接结构,分别采用固有应变法和传统的热弹塑性有限元法进行焊接变形的预测和对比。研究结果表明,随着热输入参数Q/h2（h为板厚,Q为线能量）的增大,纵向收缩力、横向收缩量近似呈线性增大,而角变形先增大后减小,且在Q/h2=12 J/mm3左右处出现峰值。该规律可在工程上为大型异种钢结构的焊接变形预测和控制提供参考。     

后倾式离心风机叶轮机器人焊接工艺优化

在后倾式离心风机叶轮机器人焊接时,为了既保证焊缝质量又最大程度减小焊后变形量,综合运用热弹塑性有限元法和固有应变法对其焊接工艺进行优化。利用基于热弹塑性有限元法的Visual-Environment软件,结合双椭球热源模型对焊缝熔池情况进行数值模拟和实验验证,得到了最优焊接参数。在已知焊缝固有应变的情况下,采用基于固有应变法的Weld Planner软件对后倾式离心风机叶轮在不同焊接顺序和焊接方向下产生的变形进行了预测,得到了最优焊接顺序和焊接方向。运用得到的最优焊接工艺对后倾式离心风机叶轮进行试生产,其焊后变形情况与数值模拟得出的结果较为一致,满足产品的质量要求。     

不同有限元软件对Q390钢厚板T型接头焊接残余应力和变形预测精度与计算效率的比较

以Q390高强钢厚板多层多道焊T型接头为研究对象,分别基于ABAQUS、MARC和SYSWELD三款不同的有限元软件平台,开发"热-弹-塑性有限元方法"模拟接头的焊接温度场、残余应力与焊接变形。采用理论方法检验三种数值模拟软件在计算焊接温度场时的热量损失情况。结果表明,通过ABAQUS软件进行多层多道焊温度场的计算时,在后续焊道单元的添加和激活过程中,会造成热量的损失,对此提出了相应的解决方案;另外两个软件对焊接温度场的计算不存在热量损失问题。同时,采用试验方法实测接头的焊接残余应力和焊接变形。通过对比数值模拟结果与试验结果可知,三种不同的数值模拟软件对焊接残余应力都有较高的预测精度。对于焊接变形,ABAQUS的预测精度最高,然而计算时间最长;MARC次之,与ABAQUS相比计算效率提高了55%;SYSWELD对多层多道焊焊接变形的预测精度相对较差,但其计算效率最高,与ABAQUS相比效率提高了66%。为充分利用各个软件的优势进行焊接数值模拟的研究提供了较好的借鉴和参考价值。     

板架结构焊接失稳变形的预测及瞬态热拉伸消除

板架结构作为船舶或者海洋结构的典型部件,其焊接过程导致的失稳变形是困扰建造精度和生产效率的关键问题。以常见的由纵向角钢和横向T型材构成的板架结构为研究对象。首先总结出焊接过程中的典型接头,建立实体单元模型进行热-弹-塑性有限元分析获得焊接固有变形。随后将焊接固有变形作为力学载荷,加载到板架结构壳单元模型中进行特征值分析和弹性有限元分析,研究该工艺下板架结构的焊接失稳变形特征。同时通过瞬态热拉伸工艺控制板架结构的焊接失稳变形,并研究附加热源施加位置的影响。结果表明,瞬态热拉伸能够影响典型接头的固有变形,特别是减小焊接产生的纵向收缩力。合适的位置施加附加热源可以避免板架结构产生焊接失稳变形;当附加热源施加到距离立板100 mm处的底板上,板架结构没有出现波浪变形,且面外变形峰值减小了49.3%。     

钢制薄板T型梁焊接变形及焊接残余应力数值仿真

焊接变形对金属结构质量和运用性能有较大的影响,焊接过程中产生的不良变形不仅影响结构的外观尺寸,而且会降低结构的局部强度和稳定性。首先以薄板T型梁结构为研究对象,在保持主要焊接参数不变的前提下,分别采用固有应变法、热弹塑性法和局部整体映射法,采用数值仿真计算对比分析了薄板T型梁的焊接变形。另以薄板T型梁参数设计焊接试件,对T型梁的局部模型进行焊接温度场与焊接残余应力的仿真分析。仿真结果表明:用热弹塑性法预测焊接变形时相对准确。T型梁的焊接变形在y方向有较为明显的焊接变形,在x方向与和z方向的焊接变形量较小,焊接时焊接温度峰值在1 200℃左右,焊接残余应力沿焊接方向大致呈对称分布,主要集中在焊缝周围区域。     

基于固有应变理论的等高齿弧锥齿轮铣刀盘焊接变形仿真研究

基于固有应变理论,使用Weld Planner有限元软件对等高齿弧锥齿轮铣刀盘的焊接变形进行研究,通过建立有限元模型准确快速得到铣刀盘的焊接变形规律.根据仿真模型和焊接参数对铣刀盘进行焊接,测量的变形和数值与仿真参数一致.     

外拘束对铝合金薄板结构焊接变形的影响

采用热-弹-塑性有限元法与基于固有应变理论的弹性有限元法相结合的计算方法,模拟不同板厚铝合金(A6061)薄板结构的焊接变形.同时,基于数值模拟结果,讨论外部拘束对焊接变形的影响.在计算方法上采用两步集成计算方法,第一步采用热-弹-塑性有限元法计算薄板结构中典型焊接接头的固有变形,第二步将各个接头的固有变形转化成相应的...     

汽车制造中的焊接变形预测

通过完成的几个典型汽车结构件实例，介绍了焊接变形预测在汽车制造中的应用和特点。研究表明，由于汽车部件属于薄壁结构，采用板壳单元固有应变法预测焊接变形更加实用。预测结果与实测数据吻合较好，证明焊接变形预测可以成功地应用于汽车制造。研究结果为实际生产提供了参考依据。