奥氏体不锈钢单层焊与多层焊残余应力数值分析

基于SYSWELD有限元模拟技术,模拟奥氏体不锈钢对接接头单道单层焊和单道多层焊2种焊接工艺下的焊接残余应力场分布。单层焊采用大电流熔化极惰性气体保护焊,多层焊第1层采用钨极氩弧焊,中间层和表面层采用焊条电弧焊,同时对结果进行分析比较。结果发现:单道多层焊比单道单层大电流焊焊接效果好,焊接残余应力最大值分布区域更小,因为多层焊的焊接电流小,焊接层次增加使得热输入小,造成受热范围减小,同时后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用,因而改善了残余应力和焊接接头组织。研究方法和研究结果为对接接头的残余应力预测和焊接质量控制提供参考。     

大型电机转子焊接残余应力的数值分析

利用轴对称模型研究了大型电机转子焊接残余应力分布规律 ,探讨了单层单道焊情况下两侧同时焊接、热套、预热等工艺以及三层四道焊情况下焊接顺序对焊接残余应力的影响。研究结果表明 ,磁轭圈与辐板焊接后在焊缝及其周围区域产生较大的三向残余拉应力 ;两侧同时焊接可大大降低径向残余应力 ;热套可降低三向残余拉应力 ,热套后直接焊与热套后先冷却后焊相比效果更佳 ;预热可以降低周向残余拉应力 ;多道焊时径向残余应力主要取决于最后一层 ,尤其是最后一道焊缝 ;两侧的最后一道焊缝同时焊接可显著降低径向残余应力 ,而前面的焊道同时焊接与否并不重要。研究结果为优化生产工艺 ,降低残余应力提供了理论依据     

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。     

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。     

厚板多层焊接的焊缝位置修正

针对中厚板多层多道焊接示教繁琐且焊缝坡口会随焊接层数和道数的增加而产生变形的问题，基于激光视觉的机器人中厚板焊接系统，提出一种多层多道和多层单道焊缝位置修正方法。通过在每层焊接之后重新扫描焊缝以获取当前焊缝的三维信息，提取焊缝信息特征并对焊道位置进行修正，以重新设定下一层焊道的起点与终点位置。通过V型厚板多层单道焊接实验与焊缝三维模型焊后分析表明，对焊缝位置进行修正可有效消除由于焊接过程中变形带来的影响，厚板焊接盖面层焊缝余高可平均控制在2 mm以内，提高工业机器人对多层焊接的适应性。     

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。     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

基于Simufact的不锈钢搭接激光填丝焊与MIG焊数值模拟

采用激光填丝焊与MIG焊焊接SUS301L不锈钢搭接角焊缝,对比了两种焊接方法的焊缝成形差别,并运用Simufact.Welding软件对两种焊接方法进行了焊接仿真.结果表明,计算得到的焊接熔池形状与实验结果基本吻合.对不同焊接方法下的温度场、应力场与变形进行了分析.激光填丝焊与MIG焊过程都属于快速加热与冷却过程,但MIG的热输入相对较大,冷却速度相对激光填丝焊较慢;两种焊接方法得到的焊缝热影响区处均存在较大的等效应力,焊后工件完全冷却后均发生变形,MIG焊变形量较大.     

焊接工艺对高强度贝氏体钢激光-电弧复合焊接头组织和性能的影响

针对高强度贝氏体钢,对比研究了单层单道和两层两道激光-电弧复合焊对焊接接头组织和硬度、拉伸、冲击等力学性能的影响。结果表明:两种工艺下所得到的接头焊缝区组织存在明显差异,而热影响区组织未见明显不同;两种工艺下的接头全厚度试样和分层试样的抗拉强度接近,而单道焊接头全厚度试样塑性较差;两种工艺下焊缝区和焊接热影响区的冲击吸收功均低于母材,且单道焊焊缝的不同区域的韧性存在较为明显的差异。     

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。     

X80管线钢平板多层对接焊数值模拟

管线钢在实际焊接过程中多采用多层焊,其焊接过程较单层焊更为复杂。利用SYSWELD专业焊接模拟软件,对X80管线钢中厚板平板多层焊焊接温度场及应力场进行数值模拟,研究焊接速度、预热温度及层间温度对焊接温度场和熔深的影响。结果表明,随着焊接速度的增加,焊接温度场的最高温度下降,熔深减小。提高预热及层间温度对温度场无显著影响。残余应力集中在焊缝及近缝的热影响区。最大纵向残余应力出现在打底层的焊缝根部,其峰值大于横向残余应力峰值。     

分段退焊对焊接残余应力及变形的影响

基于ANSYS有限元分析软件,采用双椭球热源模型,进行了平板对接焊中分段退焊和直通焊的有限元模拟,分析焊接温度、焊后残余应力与变形分布。结果表明:分段退焊等温线在低温时沿焊接方向呈"8"字形分布,温度时间曲线在各退焊交接的位置出现明显的两次波峰,直通焊所有位置只会出现一次波峰。分段退焊和直通焊在垂直焊缝路径上的应力分布类似,在沿焊缝路径上的应力分布分段退焊较直通焊有明显的波动。直通焊最大变形量达到了7.04mm,分段退焊最大变形量为3.69 mm,分段退焊有明显降低变形的作用。     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

焊接工艺参数对仰焊MAG堆焊成形的影响

以ER50-6碳钢焊丝作为堆焊焊丝,在Q235B基板上进行仰焊MAG堆焊试验。通过单因素法研究了送丝速度、焊接速度和焊丝伸出长度3个主要焊接工艺参数对仰焊单道焊缝熔宽和余高的影响,分析了不同焊接工艺参数下焊缝出现驼峰缺陷的原因。基于此,对仰焊单道多层堆焊提出了堆焊策略,即减小热输入、减少熔池冷却时间和熔池扰动。在此基础上,进行了仰焊单道多层连续堆焊10层成形,并进行了拉伸测试。结果表明,在送丝速度3.5 m/min、焊接速度0.25 m/min、焊丝伸出长度6 mm的焊接工艺参数下,成形质量相对稳定,抗拉强度达到518 MPa,能满足一些对精度要求不高的零件的使用要求,验证了所提出的仰焊单道多层堆焊策略的可行性,为仰焊堆焊成形零件焊接工艺参数的选择提供了参考。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

压力容器吊耳多层多道焊不同焊接顺序的数值模拟

采用有限元软件对压力容器吊耳的焊接进行三维多层多道焊仿真模拟,运用生死单元技术对2种不同焊接顺序进行焊接填充仿真,得到不同焊接顺序下焊接接头的温度场、残余应力场以及变形场,对结果进行数值分析及比较,并对性能较好的工艺进行计算及硬度测试验证。结果表明:焊接顺序对残余应力及变形有很大影响,后续道次的焊接对已填充完成的焊缝有预热作用,并消除部分残余应力;焊缝方向中心区域应力水平超过材料屈服强度,为耳板焊接结构易断裂区域;单边依次焊接方案较双边交替焊接方案获得的残余应力小,硬度试验及强度计算结果表明,该方案满足实际工程要求,为实际焊接提供参考依据。     

厚板多层多道焊温度场的有限元分析

考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征,建立了超细晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW焊有限元分析模型.利用ANSYS软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析.结果表明,后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响,应严格控制后续焊缝热输入或层间温度.     

X80管道环缝焊接残余应力数值模拟

利用ABAQUS软件对直径1 016 mm的X80天然气管道进行单层单道、4层4道与6层6道环缝的焊接模拟,研究管道的壁厚一定时,随焊接层数的变化,管道内、外表面轴向和环向焊接残余应力的变化趋势;随后对管道进行焊后热处理的模拟,考察经过热处理工艺后的残余应力变化规律.研究结果表明,当焊接层数增加时,环焊缝截面高应力区域的焊接残余应力大小整体下降;管道内、外表面的环向应力分布规律整体表现为由拉应力变为压应力,与4层、6层焊接不同,单层焊接管道外表面的轴向应力始终为压应力;热处理后,外表面的轴向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为51.5％.内表面的环向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为65.1％..     

焊接层数对焊接残余应力和变形的影响

以有限元分析软件ANSYS为平台,应用生死单元技术模拟焊缝金属填充过程,对Q345R钢材角接焊接接头单层焊、两层焊和三层焊的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟,并对模拟结果进行了对比分析。结果表明,随着焊接层数的增加,角接焊接接头的残余应力和变形都会减小。     

CLAM钢焊接残余应力与变形的三维数值模拟

基于ANSYS软件,对中国低活化马氏体钢(CLAM钢)TIG焊的焊接过程进行三维动态数值模拟,并对焊接温度场、焊缝中心线处残余应力分布以及焊件的角变形结果进行了分析。结果表明:在设定的焊接参数下2层焊缝均处于熔透状态,且热源分布关于焊缝中心对称;横向应力在起焊端和止焊端为压应力,中部为拉应力,纵向应力均为拉应力,而且模拟结果与试验结果吻合较好;盖面焊层焊完后的角变形明显比打底焊层焊完后的角变形大。