热丝填充激光多层焊温度场和应力场的数值模拟

基于有限元软件SYSWELD对20 mm厚316LN板热丝填充激光多层焊的温度场和应力场进行了三维动态数值模拟。利用生死单元法,采用双椭球体热源加3D高斯锥形热源的复合体热源模式来计算热丝填充激光焊过程,计算的焊缝横截面形状与试验结果基本吻合。计算结果表明,焊缝及附近区域表现出较高的焊接残余应力,而远离焊缝的区域,残余应力较小。所得到的多层焊沿厚度方向的残余应力分布规律符合实际,以及所计算的焊接变形与实测结果相吻合,这些可以为实际工程应用提供参考依据。     

焊道填充方法对X65管线钢环焊缝残余应力数值模拟的影响

在进行管道多层多道焊接仿真分析时,焊缝金属的填充过程对于数值模拟的结果有着不可忽视的影响。文中以有限元软件ABAQUS为仿真工具,分别采用逐层填充和逐滴填充2种方式对X65管线钢环焊缝的焊接残余应力进行仿真分析。为比较2种填充方式结果的准确性,采用X射线衍射法测试了实际管道的焊接残余应力。研究结果表明:采用逐层填充方式所获得的焊接残余应力要高于实际残余应力,而采用逐滴填充方式所获得的残余应力与试验结果吻合良好。     

6005A-T6铝合金车钩面板多层多道焊残余应力与变形规律的数值分析

车钩面板是轨道车辆的重要部件,为研究其焊后变形及残余应力问题,基于热弹塑性法,以6005AT6铝合金车钩面板为研究对象,对其多层多道焊接变形与残余应力场进行数值模拟,并提出工艺优化方案。结果表明:6005A-T6铝合金车钩面板焊接后焊缝附近区域存在较大的纵向残余拉应力,起弧处与熄弧处呈现较大的横向残余压应力。Von-Mises等效应力最大值出现在正面焊缝与背面焊缝相接处。通过施加适当的反变形,可在不影响整体残余应力峰值的情况下有效减小焊接变形,进而兼顾车钩面板的平整度与承载能力。研究结果对车钩面板的实际焊接生产具有一定的指导意义。     

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。     

TC4钛合金对接板焊接残余应力仿真分析与试验验证

基于热弹塑性理论,通过顺序热力耦合方法对TC4钛合金TIG多层多道焊焊接残余应力场进行计算。在试验基础上,利用弹性有限元方法计算获得TC4钛合金应力释放系数,并采用盲孔法对焊接试板进行残余应力测试试验,将试验值与仿真结果进行对比,结果表明：焊接残余应力仿真值与试验值具有较高的吻合度,在焊缝及焊趾处存在较大的残余拉应力,且随着距焊缝中心距离的增加,残余应力值逐渐减小。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

焊道填充方法对焊接变形及焊接残余应力的影响

在焊接数值模拟分析过程中,焊道的填充是必不可少的步骤,且不同的填充方式对计算收敛性及结果的精确性产生较大的影响。本文以大型有限元分析软件MSC.Marc为计算工具,分别采用生死单元法及静态单元法对平板对接接头进行多层多道焊有限元分析。结果表明:不同的焊道填充方式下的焊接仿真变形趋势与实际焊接变形趋势一致,焊接残余应力分布趋势也与实际情况相吻合,但是计算结果及计算的收敛性有一定的差异。     

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。     

液力变矩器固定块焊接残余应力的数值模拟

以液力变矩器固定块MAG焊为研究对象,建立了热-力耦合的三维模型,采用Sysweld模拟软件对不同焊接顺序、焊接方向下的焊接残余应力和零件变形进行数值模拟,分析了焊接顺序、焊接方向对焊接残余应力和零件变形的影响。通过与实际焊接变形量及热影响区域的对比,验证了模型的准确性。分析结果表明,焊缝的焊接方向对残余应力影响较大,较好的焊缝焊接方向是由外向内进行焊接。     

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。     

焊接顺序对角接接头残余应力和变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以ABAQUS软件为平台建立了焊接热固耦合有限元模型,利用Python语言编辑程序建立分析步,控制焊缝单元的按序填充,结合Fortran语言开发热源子程序,并对建模方法进行了有效性验证,结果表明:所建立的有限元模型能够准确地反映焊接残余应力与变形。基于所建立的有限元计算方法与板板角接接头有限元模型,分析了焊接方向对残余应力、变形的影响。结果表明:横向角变形是角接接头最主要的变形,其横向角变形在沿焊接方向逐渐变大并趋于稳定;兼顾残余应力及变形,确定方案c为最优焊接方案,即采取从两端向中间的焊接顺序可以有效降低角接接头横向变形及残余应力。     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

高温屈服极限对高强钢焊接变形及残余应力影响的仿真研究

由于缺乏材料的高温数据,进行焊接仿真时所取的高温屈服极限通常有差异。采用双椭球热源模型,对某高强度结构钢的高温屈服极限设计了五种方案进行焊接仿真计算,研究了高温屈服极限对焊接变形和残余应力的影响规律。结果表明:高温屈服极限差异对焊接变形与焊接残余应力有不同的影响;高温屈服极限差异对变形影响较大,越靠近焊缝影响越明显;对残余应力影响较小,仅在近缝区的局部区域产生影响。焊接变形与残余应力均随高温屈服取值的增大而增大。     

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。     

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.     

考虑初期残余应力对Q345高强钢厚板多层多道焊接残余应力影响的数值模拟分析

在实际生产过程中,焊接试件在实施焊接之前,一般都会经过一系列的热加工和机械加工。如此一定会使得焊件在焊前就已经存在一定分布的应力,即初期残余应力。为了研究该初期应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,尤其是对多层多道焊接的影响,本文基于有限元分析软件MSC.Marc,开发了用于模拟厚大接头多层多道焊的焊接温度场、应力场和变形的热-弹-塑性有限元计算方法,以钢结构中常用的对接接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的方法,对板厚为20 mm的Q345高强钢焊接残余应力和变形进行了数值模拟。在该有限元模型计算中,采用生死单元技术,并仔细考虑了焊缝与母材随温度变化的高温热物理性能和力学性能数据来模拟焊接过程中的热-力学行为。研究结果表明,初期应力对焊接区域焊接残余应力的影响较小,但是对远离焊接区域无论是分布还是数值均有一定的影响;初期应力对最终的焊接变形的数值有一定的影响,但是对变形的分布影响较小。     

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...     

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.     

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%.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.