焊接顺序对Q345qD钢厚板焊接接头残余应力和变形的影响

基于ABAQUS有限元软件的热弹塑性分析方法,分析了32 mm厚Q345qD钢对焊接头在熔化极气体保护焊下的残余应力和残余变形。结合试验测试和数值模拟,研究了4种不同焊接顺序对焊接接头残余应力分布和残余变形的影响。采用ABAQUS软件中的单元生死技术模拟焊接过程,热源模型采用双椭球体积热源。结果表明,数值模拟结果与试验结果相符,改变焊接顺序对温度场影响不大,两侧焊道单次交替焊接相比两侧焊道多次交替焊接的横向残余应力整体应力较小,最大值从356 MPa降到278 MPa,降低了21.91%;而两侧焊道多次交替焊接的纵向残余应力整体应力较大,纵向残余应力最大值从303 MPa升到368 MPa,增加了21.45%。与两侧焊道单次交替焊接相比,两侧焊道多次交替焊接的厚度方向变形较小,最大值从1.67 mm降到0.04 mm,降低了97.60%。     

6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊与MIG焊的数值分析

以轨道车辆用铝合金车钩面板为研究对象,应用数值分析技术,分别模拟了车钩面板MIG焊与搅拌摩擦焊的焊接过程,得到2种焊接方法的焊后变形与残余应力,并进行对比分析。结果表明:采用MIG焊的车钩面板焊接变形呈马鞍状,最大变形量为-1.515mm;较大的焊后残余应力主要集中在焊缝区,最大应力值为248 MPa。搅拌摩擦焊后的车钩面板为反马鞍状变形,变形最大值为-0.72 mm,焊缝区残余应力最大值为225 MPa。经对比可知,采用搅拌摩擦焊的车钩面板焊后变形小于MIG焊的,且焊道中的残余应力较小,为较优的焊接方法。研究结果对促进搅拌摩擦焊在铝合金轨道车辆上的应用具有十分重要的现实意义。     

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。     

局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响

采用有限元模拟技术,观察在局部加载条件下平板焊接残余应力场的应力分布,比较平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸在降低应力方面的不同效果.发现在局部加载条件下焊接过程中拉伸比焊后拉伸可更好地减小焊接残余应力,且当外加载荷低于材料的屈服强度时,载荷越大,残余应力的降低越明显.用200 MPa外截拉伸时,焊后拉伸残余应力最大值由常规焊条件下的235 MPa降至130 MPa,焊接过程中拉伸残余应力最大值可降至50 MPa.结果表明,通过局部加载减小焊接残余应力是可行的.     

计算机仿真在大口径法兰焊接行为模拟中的应用

针对大口径法兰焊接变形的问题,在不同焊接方式下对其焊接过程进行数值模拟。结果表明,焊缝处的残余应力为299~341 MPa。在分段焊接方式下,大口径法兰的最大变形量为1.63 mm,最大残余应力为442 MPa,采用分段焊接的方法能够减少工件的变形。     

贮箱Y形环焊接残余应力及其对承载行为的影响

为了阐明贮箱Y形环环缝焊接残余应力对其承载行为的影响,以大型运载火箭贮箱Y形环为研究对象,采用数值模拟计算得到Y形环与箱筒段环缝焊后残余应力;然后分别在考虑和不考虑残余应力情况下,进一步计算Y形环承受内压载荷时的应力分布。结果表明:环缝焊接在接头区域产生很大的残余应力,最大等效应力位于部分熔化区,最大值达到358 MPa;焊接残余应力对远离接头的部位承载时的应力基本没有影响,主要导致接头区域的应力提高,且使Y形环承载时的等效应力最大值也略有增大;焊接残余轴向应力和内压产生的轴向应力在接头内表面都是拉应力,两者叠加导致轴向拉应力明显增大。     

薄板T型接头双丝MAG焊接残余应力及变形有限元分析

采用ABAQUS模拟并分析6?mm厚T型接头双丝MAG焊的焊接温度场、焊后残余应力、焊接面外变形.约束条件分为两种:方案一,不对底板进行固定,焊接自由变形;方案二,焊接时对底板进行固定,冷却后解除固定.结果显示:在相同的热源下,两种方案的焊接温度场保持一致;方案一的角变形量较大,最大变形量约为1?mm,焊缝热影响区底板变形量约为0.2?mm,最大残余应力位于焊缝中心,约235?MPa;方案二的最大变形处位于焊缝中心,但面积较小,可忽略不计,故最大变形量位于底板焊缝热影响区附近,约0.3?mm,焊缝中心的最大残余应力约为180?MPa.由此可见,在T型接头焊接时,将底板进行固定,冷却后解除释放,可以降低焊接残余应力和焊接面外变形量.     

升船机卷筒轮毂焊接残余应力数值模拟

焊接后钢材焊接残余应力的变化易导致其结构产生变形,为了提高升船机卷筒轮毂的焊接质量,文中对焊接残余应力展开数值模拟分析。在确定卷筒轮毂的物理参数和焊接工艺后,利用Ansys有限元软件构建卷筒轮毂有限元模型,确定模型的单元数量后划分网格。然后利用有限元软件计算轮毂温度场及焊接残余应力。数值模拟结果显示：升船机卷筒轮毂焊缝及热影响区的温度在861～1 561℃之间,该数值模拟结果接近实际测量结果;在x方向上,轮毂的焊接残余应力主要在焊缝与热影响区分布,峰值应力为491 MPa;在y方向上,焊接残余应力峰值为265 MPa,越靠近焊缝,焊接残余应力越大;焊接退热后,卷筒轮毂焊缝及热影响区的焊接残余应力上升,撤除约束会释放焊接残余应力,同时导致升船机卷筒轮毂产生少量变形,但不会导致升船机卷筒轮毂产生裂纹。     

箱型梁焊接变形和应力三维数值模拟

利用有限元分析手段模拟箱型梁结构吊臂的焊接过程,得到吊臂的焊后变形和残余应力分布,采用Metra SCAN激光扫描和盲孔法进行试验验证。结果表明:整体变形趋势为向内收缩,焊缝位置附近上翘变形,峰值位置位于起收弧位置,最大变形量1.66 mm;焊缝位置附近残余应力大,应力峰值为459.9 MPa。模拟结果与试验结果误差控制在0.5 mm以内,仿真结果与盲孔法测量结果吻合较好,误差为26.1%,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。     

Q690钢厚板焊接应力变形的数值分析

采用SYSWELD有限元软件,对60 mm厚Q690钢的焊接过程进行了模拟,研究了焊接温度场和预热温度(层间温度)对焊接残余应力和变形的影响规律。结果表明,不预热时,焊接接头的残余应力水平很高。提高预热温度(层间温度)时,可以降低纵向残余应力、横向残余应力、板厚方向残余应力以及Von Mises等效残余应力峰值水平。采用200℃预热温度(层间温度)时,Von Mises等效残余应力峰值水平可以降低200 MPa。焊接后存在残余变形,但是提高预热温度(层间温度)对焊后残余变形的影响不是很大。     

薄板加强筋结构焊接过程的有限元模拟

针对薄板加强筋结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,先对单一T型接头进行数值模拟以验证焊接模拟的合理性,最后对薄板加强筋结构焊接温度场和应力场进行数值模拟。结果表明,T型接头在焊后发生了角变形,最大的变形量位于底板的角点处,大小为5.0 mm,数值模拟与残余应力测试结果表现出很好的一致性;薄板加强筋结构焊后残余应力主要沿着焊缝分布,在远离焊缝处残余应力迅速减小,最大残余应力位于横向筋板与底板焊缝处,大小为329 MPa;薄板加强筋结构焊后最大变形处位于底板的角点处,数值模拟得到的最大变形量为107 mm,实际测量的最大焊接变形量为105mm,数值模拟与实际焊接变形结果较好的吻合。     

AP1000核电站主管道焊接变形与残余应力研究

与"二代加"核电站相比,AP1000核电站主管道首次采用TP316LN控氮奥氏体不锈钢的整体锻造技术。本文通过主管道试件焊接变形与残余应力测试,为主管道安装设计提供技术支持。试验表明,主管道在焊接过程中焊接变形主要集中于焊接的初始阶段,焊接1/4厚度时,变形量为4 mm左右,焊接完成后,焊缝收缩量高达6 mm。盲孔法测试结果表明,主管道焊接残余应力主要集中于热影响区,轴向应力略高于环向应力,高达245 MPa。     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象,基于SYSWELD有限元分析软件,根据热-弹-塑性理论,建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型,对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算,并进行了试验验证. 模拟结果表明,窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小,不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域,约为130 MPa;靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比,残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致,可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.     

动车组电机吊架补强结构焊接返修仿真研究

针对动车组转向架在长期运营后,车辆高级修过程中发现电机吊架部分部位出现裂纹情况,文中对动车组转向架电机吊架补强结构焊接返修的残余应力和焊接变形规律进行研究,并从焊接顺序和反变形量2个影响因素进行分析,得出结论:不同的焊接顺序对电机吊架焊接残余应力和X方向的变形量影响较大;采用0.5 mm反变形能够有效减小电机吊架Z方向的变形量。综合考虑,文中提供的方案3 (焊接顺序1, 0.5 mm反变形量)为此电机吊架焊接返修的最佳方案。     

镍铬基合金管结构GTAW打底焊接变形和残余应力的有限元预测

采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)方法对大口径Inconel 718镍铬合金管结构进行打底焊接,采用数值模拟方法预测了焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,考虑了材料热物理性能参数随温度变化的非线性关系,同时也考虑了相变潜热对温度变化的影响.结果表明,最大焊接残余变形为0.236681mm,主要分布于焊缝及其邻近区域;残余应力主要以轴向残余拉应力为主,在0°和90°位置,最大值分别为468.5和307.9 MPa;在180°和270°位置,最大值分别为152.9和58.2 MPa.     

机床床身铸件的数值模拟及残余应力研究

采用数值模拟软件JSCAST对精密车削加工中心HTC2050和精密卧式加工中心HMC50e灰铸铁床身铸件的充型、凝固过程、温度场、应力及变形进行模拟分析;采用盲孔法测量不同打箱温度下的灰铸铁床身铸件和粗加工前后的球铁滑枕箱体铸件的残余应力。结果表明:铸件下箱床身凝固慢,导致床身容易产生残余应力,且横导轨的应力比竖导轨大;导轨及节点处有缩松缺陷,易引起收缩应力;床身在长度方向的变形量比宽度和高度方向的变形量大;灰铸铁件的残余应力比球墨铸铁件大,较低的打箱温度有利于减小残余应力,粗加工后残余应力明显增大。     

风电塔筒门框焊接应力变形分析

采用SYSWELD软件对风电塔筒门框焊接的残余应力和变形进行了分析,研究了焊接顺序对门框焊后残余应力和变形的影响。研究结果表明,塔筒门框焊接后的应力水平很高,应力集中主要出现在上部的圆弧段焊缝及附近。对于横向残余应力和纵向残余应力,圆弧段焊缝及附近出现了高水平的拉应力,而直焊缝附近出现高水平的压应力。采用先外侧打底焊再进行内侧填充的顺序引起的应力水平更低。门框焊接引起的变形比较大,筒体在径向和高度方向均有收缩变形。焊接顺序对筒体整体收缩变形的影响不是很大。     

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。     

薄壁多焊缝复杂构件焊接过程的数值模拟

干燥盘的冲孔板与上盖板之间的焊缝多达180条,采用分段移动热源的方法对其焊接过程进行了数值模拟.结果表明,模型中上盖板最大残余应力位于初始焊缝处,大小为233 MPa;焊接变形为向上的环形凸起变形,从外径到内径变形量逐渐增大,最大变形量位于内径处,大小为22.8 mm,并发生了少量的挠曲变形,沿焊接方向产生了3.61 mm的收缩,沿垂直焊接方向分别向两端产生了1.81和1.69 mm的伸长,模拟结果与实际焊接变形分布一致.     

基于计算机技术铝合金7075激光焊接仿真分析

利用计算机分析技术对7075铝合金激光焊接过程进行了动态模拟与分析,在对激光焊接温度场进行数值模拟的基础上,分析铝合金7075薄板残余应力和变形.结果表明:采用激光焊接功率为4kW、焊接速度为20 mm/s时,其焊后变形为0.16 mm,焊后残余应力也相对较小,并没有超过铝合金7075的屈服强度455 MPa,这表明采用该激光焊接工艺能够成功实现7075铝合金的激光焊接,而不产生明显的焊接变形和过大的残余应力.