热焊工艺对焊接残余应力影响的数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS,对25钢对接接头分别在20、200、400、600和800℃的热焊工艺条件下进行焊接残余应力场的数值模拟.通过单元生死技术模拟焊缝的填充过程,得到了其对接接头试板分别在该五种热焊工艺条件下焊接残余应力的大小及分布,并对计算结果进行了分析.结果表明:热焊工艺的加热温度越高,焊后产生的残余应力越小;残余应力降低的幅度在加热温度为400和600℃较明显.     

陶瓷-金属钎焊接头残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元方法，在考虑了材料性能参数随温度变化和界面反应层的情况下，计算了陶瓷／金属钎焊接头残余应力的大小和分布。通过计算发现：陶瓷／金属接头在冷却过程中产生的径向应力和剪应力对接头的影响较小。而在陶瓷表面的边缘接近焊缝的位置产生了最大的轴向拉应力，它影响接头的载荷承受能力，并且由于40Cr的屈服强度比45钢的高，计算出的Si3N4／40Cr接头的应力峰值比Si3N4／45钢的高。陶瓷／钎料和陶瓷／金属的界面反应层虽然薄，但它也是影响陶瓷／金属接头残余应力大小和分布的一个重要因素。另外，选择合适的钎料层、中问层和钎焊压力都可以有效地减小残余应力的峰值。     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

陶瓷金属钎焊接头优化与残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元数值模拟方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,研究了接头形式对残余应力的大小和分布的影响规律.研究结果表明,试件形状、接头形式、钎料性能和中间层性能等参数对残余应力的大小有较显著的影响.圆形试件比方形试件的残余应力要小,对可能产生应力集中的棱边进行圆角过渡处理后,也可以降低残余应力峰值,陶瓷的焊接面凸起情况下的残余应力也比平面或凹陷情况下的残余应力要小,钎料和中间层与陶瓷和金属的热膨胀系数差别越小、钎料和中间层的屈服强度越小,残余应力越小.     

球罐焊接残余应力数值模拟分析

利用有限元法动态模拟球罐环焊缝以及平板的焊接过程,分析了球罐焊接过程温度场的变化状况和焊接残余应力分布规律.结果表明,焊接热影响区范围很小,球罐环焊缝焊接残余应力是经向和径向坐标的函数,纬向焊接残余应力大于经向应力,两向应力的最大值均处在热影响区内,最大应力值超出了材料的屈服极限,是产生裂纹缺陷的原因之一等.用X射线衍射的方法测试了平板焊接接头的焊后残余应力,并将测试结果与有限元模拟计算结果比对,验证了模拟计算方法的可靠性和计算结果的正确性.     

焊后热处理消除P91钢管焊接残余应力的数值分析

根据2002／2004电力规程和P91钢工艺导论确定焊接工艺和焊后热处理工艺,建立P91钢管焊后热处理分析的有限元模型。研究热处理前后周向残余应力的分布。有限元结果表明焊后热处理能有效地改善P91钢管的焊接残余应力分布,降低应力峰值,消除残余应力效果较为明显,可提高接头的综合力学性能。     

薄板结构焊接残余应力的数值分析

运用有限元方法,对大型客车车身薄板结构焊接时采用的电铆焊、连续焊、断续焊及塞焊的残余应力进行了热-弹塑性数值模拟.分析了连续焊缝、电铆焊和塞焊残余应力分布特点.结果表明,电铆焊、塞焊、断续焊所产生的应力场为波浪起伏的不均匀拉应力,不会造成薄板结构的失稳变形.而连续焊时焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力,此压应力造成薄板结构的失稳变形.模拟结果为薄板结构焊后失稳变形的评判提供了理论参考.     

钛合金与不锈钢钎焊接头残余应力有限元分析

通过有限元分析的方法对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢钎焊接头残余应力场进行分析,计算工艺参数对接头应力分布的影响.结果表明,在TC4、不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中,并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值.钎焊间隙在50μm时应力值最小,钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时接头内应力达到最小值,连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小.     

热焊工艺对Q235钢焊接残余应力的影响

对Q235试板分别在室温下进行焊接焊后自然冷却及加热到300、500、600和650℃进行焊接焊后保温缓冷(即热焊工艺),用小盲孔法测量焊接残余应力.实验结果表明,采用热焊方法进行焊接能够有效降低焊接残余应力,且加热温度越高,焊接残余应力降低效果越好.     

热焊工艺消除16MnR钢焊接残余应力的研究

以16MnR钢材料为研究对象,采用一种新型的用于降低焊接残余应力的热焊工艺方法对其进行焊接,通过小盲孔法测定各焊接试板的焊接残余应力。与普通焊接后的试板进行比较得出,热焊工艺对16MnR钢焊后的残余应力降低效果明显,同时不同热焊工艺参数对焊接残余应力的影响不同。     

大跨度悬索桥钢箱梁焊接残余应力数值分析

钢箱梁桥在横向分布的车轮荷载作用下,正交异性板单元的纵向U形肋和面板焊接处会产生巨大的面外弯矩,由于焊接残余应力的存在,焊根或焊趾容易发生疲劳开裂。因此,为提高钢箱梁桥的使用寿命和安全稳定性,本文建立了钢箱梁底板单元的局部有限元模型,对底板U形肋板的焊接制作过程进行热应力耦合分析,得出底板U形肋板焊接残余应力的分布情况,为该工程施工工艺提供实时技术资料。     

超声波测定摩擦焊接头残余应力

采用１５ＭＨｚ超声聚焦探头对４５号钢摩擦焊接头进行试验检测,根据有限弹性变形理论建立了超声波测定摩擦焊接头残余应力的计算模型,并计算出接头中轴向残余应力和径向残余应力的分布规律。结果表明,摩擦焊接头焊缝区和近缝区的轴向残余应力为压应力,而远离焊缝区域为拉应力;接头内径向残余应力在轴心处为压应力,随着远离轴心逐渐由拉应力变为压应力,在接头边缘区域为拉应力。试验结果还表明材料的各向异怀对超声波测定摩擦     

分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析

在利用平板试验得到分段焊的合理段长的基础上,对某水电站混流式水轮机转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于尺寸为500 mm×500 mm×16 mm的平板来说,后焊的焊段可以起到降低先焊焊段的残余应力的作用,且在到后焊部分端部为50 mm的范围内,降低效果最明显;分段焊可以降低叶片危险区域的残余拉应力峰值并产生残余压应力;当叶片出水边焊段的长度在40～90 mm的范围内,残余应力的降低效果随着叶片出水边焊段长度的增加而减小.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2 mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析。结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加。垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa。     

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。     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

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     

EGR冷却器焊接残余应力的数值模拟分析

利用有限元分析方法模拟了某型号板翅式EGR冷却器的焊接残余应力场,并从残余应力的角度对该型号EGR冷却器在性能试验中发生泄露的原因进行了分析。模拟结果显示,板翅式EGR冷却器焊接残余拉应力峰值出现在扁管R角处的管板接头中,与该型号EGR冷却器发生失效的部位一致。通过优化焊缝的焊接顺序可以显著降低EGR冷却器上焊接残余拉应力的峰值。     

搅拌摩擦焊接头残余应力的试验

搅拌摩擦焊是 90年代出现的一种新型焊接技术 ,特别适用于熔化焊接性差的铝合金等材料。搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力分布具有高应力梯度的特点 ,传统的应变片钻孔法不能满足测量要求。提出了云纹干涉钻孔法测量非均匀分布残余应力的计算公式和试验方法。该方法由云纹干涉法测量钻孔释放的位移条纹 ,通过确定孔边待测区域内三个测量点的条纹值 ,可直接得到该区域内的残余应力。利用该方法测量了铝合金薄板搅拌摩擦焊接头纵向残余应力沿深度和横向的分布 ,其分布规律表现为在搅拌带内为拉应力 ,搅拌带外残余应力的值迅速下降 ,并变为压应力以保持平衡。     

结构件焊接残余应力的热弹塑性有限元分析

运用有限元软件Marc,采用本文建立的分段移动温控式组合型热源模型作为焊接热源,利用一系列减少步长数、增强收敛等技术,在保证较高精度的前提下,高效地完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余应力,并与实测结果进行比较分析。结果表明,分段移动温控式组合型热源模型具有操作简便、计算效率高、模拟精度高的特点,其获得的残余应力分布和大小与实测结果十分吻合,为调整残余应力提供了理论依据。