多层多道焊焊接工艺数值模拟技术

利用ANSYS软件中的单元"生死"技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊时不同取样点的热循环曲线。同时,利用红外热像仪对实际焊接过程中试件上相应位置进行测量,得到具体位置的实际热循环曲线,比较实测热循环曲线与模拟热循环曲线的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的,能够对实际焊接过程起到指导作用。     

机械双金属复合管多层多道焊数值模拟

针对机械复合方式(型号:SFG-L415QB-BS316L,规格:φ355×(11+2)×12 000)复合管,运用有限元模拟软件SYSWELD对复合管进行多层多道焊有限元数值模拟,重点分析封焊处的焊接残余应力。结果表明,封焊区域处于高应力切向拉伸应力状态,在填充焊时,坡口尖端出现较大的切向焊接残余应力,超过400 MPa。最大等效焊接残余应力出现在第六道焊后,约为549 MPa,且峰值出现在基材内层靠近坡口尖端熔合线处,此处恰好为薄弱部位,容易出现焊接裂纹。     

V型坡口多层多道焊温度场数值模拟

与I型坡口相比,V型坡口可以提高工件的连接强度,更恰当地调节熔合比,但易变形。为了研究V型坡口对接接头在焊接变形较小情况下的温度场变化规律,使用有限元Visual Environment软件,采用双椭球热源模型,模拟了典型位置的热循环曲线;并将模拟得到的热循环曲线同试验结果进行对比,两者基本吻合。     

套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

Y25型转向架多层多道的焊接变形数值模拟

针对Y25型转向架的焊接工艺特点,采用焊接数值模拟软件SYSWELD,通过热弹塑性有限元方法,对Y25型转向架侧梁进行了热弹塑性有限元模拟,得出了采用不同焊接方向时侧梁的变形规律。结果表明,在几种焊接方向下侧梁发生的变形趋势基本一致,但在不同的焊接方向下产生的角变形平均值变化率达到了7.82%,该变化率与选取的模拟方向有关;在不进行对称焊接的情况下,改变焊接方向不可能完全改变焊接变形的趋势。     

壳单元应用于薄板多道焊焊接数值模拟的方法探讨

针对目前薄板焊接残余应力有限元数值模拟中效率不高的情况,采用基于薄壳和复合层理论的壳单元来取代3D实体单元进行薄板多道焊数值模拟以预测残余应力方法的尝试,通过使用定义壳单元截面材料点数鼍来表征薄板厚度,在热分析中依靠解析方法得到温度分布,使用ABAQUS及多个用户子程序来完成力场残余应力分析的实现,通过与传统的3D单元模型计算薄板多道焊模拟的结果分析可知,采用复合层壳单元进行较为复杂的薄板焊接模拟效率相对较高,而精确度并没有下降.     

厚板多层焊的数值模拟分析

在建立厚板多层焊的三维有限元数值分析模型的基础上,利用ANSYS软件中的单元"生死"技术处理多层焊问题,模拟得到了厚板多层焊时的温度场分布规律,并利用红外热像仪实时测定了实际焊接过程的温度场.比较实测温度场和模拟温度场的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的.     

双面双弧不清根厚板多层多道焊有限元数值模拟

应用大型有限元软件,对28mm厚板双面双弧不清根焊接进行了三维数值模拟.模拟综合考虑了材料性能随温度的变化,对流、辐射和热传导对焊接过程的影响等诸多因素,跟踪观察了多层多道焊接中的温度场、应力场的变化.结果表明,双面双弧打底,t8/5和t8/3与先后两电弧的跟进距离有关;跟进电弧对先焊道有二次热处理作用.双面双弧焊接角变形极小,打底焊道残余应力为压应力,应力集中出现在盖面焊趾部位.模拟结果与相同工艺条件下实测结果对比,相对误差较小.     

Q345C耐候钢多层多道焊焊接热影响区热模拟性能

焊接热影响区是焊接接头的薄弱部位,其微区力学性能不能通过常规性能测试获得。采用Gleeble 3500热模拟试验机模拟Q345C耐候钢四层四道焊热影响区,研究每道热影响区的微观组织和力学性能,结果表明:四层四道焊第二道热影响区的组织与母材相同,为铁素体和条带状珠光体,其余三道热影响区的金相组织均发生变化,为贝氏体和铁素体组织。第二道热影响区的硬度和强度最低,冲击韧性最高。     

未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合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,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。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。     

铝合金多道焊数值模拟参数化建模

多道焊接过程的非线性和复杂度较高,模型建立效率直接影响了焊接模拟的效率。通过参数化建模,根据实际产品中的接头形式、实际尺寸、焊接顺序及焊接工况,采用Sysweld软件分别对7XXX铝合金平板对接、T形两种接头进行3道焊接试验和数值模拟,同时对比焊接温度、残余应力和变形。结果表明,参数化建模方法提高了多道焊仿真的效率。从比较结果可以看出,残余应力模拟值与实测值吻合度较高,平板对接可靠度达到88%,T型接头可靠度达到95%,验证了参数化建模方法的可靠性。     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

多道焊焊接热循环分析

本文提出了一种新的方法解决多道焊热循环仿真过程中的表面对流和辐射造成的热损失问题。     

厚板对接接头多层多道焊有限元模拟研究

以X70钢厚板对接接头多层多道焊为研究对象,利用MARC软件中的生死单元技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊取样点的热循环曲线、试样件的变形和应力曲线,然后对其进行分析,并采用塞尺测量验证仿真结果。结果表明,每个焊缝都会受到后焊接过程的热作用,有多次热循环;沿焊接方向对接接头的自由端发生了明显的角变形,焊接变形最大值为4.984 mm;焊接仿真变形结果与测量结果趋势一致,误差最大为4.54%;焊缝受到其后焊接的多次热循环作用,有多次应力循环,对生产有重要的指导意义。     

基于ANSYS的厚板多道焊焊接残余应力模拟

利用ANSYS参数化有限元分析APDL语言编制相关程序,对980钢平板对接焊的温度场及应力场进行模拟,为实际生产过程中分析焊接结构性能、优化焊接工艺提供了有效指导.     

中厚板多道焊温度场和应力场三维数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS,对中厚板手工对接多道焊的温度场和应力场的分布进行了动态模拟,提出高斯函数和双椭球函数相结合的双热源模型。计算结果与实际结果相对比,两者基本吻合,为中厚板对接焊各项焊接参数的合理选择和优化提供了有效的参考依据。     

16Mn特厚钢板多道焊温度场数值模拟

为了研究特厚板多层多道焊温度场分布,对两块板厚60 mm的16Mn特厚钢板的焊接过程进行了数值模拟和实验研究。利用ANSYS有限元软件和分布式计算方法,采用"生死单元"技术实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,对特厚钢板的对接多道焊过程进行三维瞬态温度场数值模拟。同时采用埋弧自动焊对16Mn特厚钢板进行了17道焊接,焊接工艺参数与计算参数相同,焊接过程采用热电偶测量温度场,并与计算值相比较,结果表明:分布式计算方法可以有效缩短计算时间,且计算值与实验测量值吻合良好,成功实现了60 mm特厚板多层多道焊的温度场数值模拟。     

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.     

Q345E钢多层多道焊残余应力的数值模拟与试验研究

对接接头和T形接头是大型复杂焊接结构的基础接头形式,为深入研究焊接结构的有效承载能力和服役的可靠性,本文以Q345E低合金结构钢对接接头和T形接头多层多道焊为例,首先采用X射线衍射法对焊接试件进行了残余应力测试,然后采用数值模拟的方法,并结合多层多道焊的热力耦合特征,对有限元模型进行了温度场和残余应力场的耦合计算。对比分析2种方法残余应力的大小和分布规律,模拟结果与试验测试的结果具有一致性,从而验证了有限元数值模拟方法的妥当性。该研究结果能够为合理有效地控制焊接结构残余应力、改善接头焊接质量,提供理论依据。