不同坡口焊缝残余应力的有限元分析

对接焊缝在不同坡口型式时残余应力的影响是不同的。应用有限元方法,对不同坡口型式焊缝的残余应力进行了有限元分析,得出不同型式焊缝的残余应力分布与大小,为制定正确的焊接工艺、改善焊缝性能等实际生产和使用提供理论依据。     

热沉位置对钛合金薄板焊接残余应力的影响

采用切条应力释放法测量钛合金TC4薄板对接试件选用不同的热沉位置分别进行动态控制低应力无变形(DC-LSND，dynamically controlled low stress no-distortion)钨极氩弧焊(TIG)时试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明，热源与热沉之间的距离是重要的工艺参数之一，该参数对焊接应力和变形的控制效果有很大影响，适当的热沉位置是动态控制低应力无变形钨极氩弧焊实现低应力无变形焊接效果的一个必要条件。热源与热沉之间的高温金属处于力学熔化状态、无力学抗力时，热源与热沉之间距离的增加有助于降低焊接残余应力，减小纵向塑性变形。在所选用的焊接条件下，动态控制低应力无变形钨极氩弧焊焊接时热源与热沉相距30mm，近缝区的不协调应变较小，控制焊接应力与变形的效果较好。     

基于电磁超声的焊接残余应力测量研究

基于超声波声弹性理论,针对钢板对接焊接残余应力无损测量问题,提出了采用电磁超声法开展焊接残余应力实测研究。通过拉伸标定试验测得焊接接头不同区域的声弹性系数与各向异性参数,并结合钢板实测声速值获得了不同部位的焊接残余应力;其结果与基于塑性修正的盲孔法实测值进行了验证比较。结果表明,电磁超声法可以有效地测量钢板焊接接头残余应力的分布状态。     

过载法消除矩形压力蒸汽灭菌器焊接残余应力的数值分析

灭菌器的内腔通常由奥氏体不锈钢焊接而成,焊接残余应力与腐蚀介质共同作用,具有较高的应力腐蚀倾向,降低残余应力可减轻应力腐蚀。采用SYSWELD软件对奥氏体不锈钢矩形压力蒸汽灭菌器进行包括对接焊、搭接焊、T型焊三种焊接方式的数值模拟,得到焊后残余应力的分布;将焊接模拟结果导入到NASTRAN软件中,对灭菌器夹套和内壁进行加压卸载模拟,得到加压卸载后残余应力的分布。分析其残余应力变化规律,结果表明:过载法能有效改善矩形蒸汽灭菌器残余应力的分布情况;316L更容易通过加压卸载方法消除残余应力。     

安全卸压管安全端异种金属焊接残余应力影响因素的研究

焊接残余应力是造成接管安全端异种金属焊缝发生应力腐蚀开裂的重要因素。利用有限元方法,主要研究了安全端长度、焊接约束条件和同种金属焊接对异种金属焊接残余应力的影响。结果表明,安全端较短(w/t=0.5)时,安全端侧采用固定约束有利于减小异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会大幅降低;安全端较长(w/t=4.0)时,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力对安全端侧的约束条件不敏感,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会增大。     

旋挖钻机动臂与三角架残余应力研究

正工程机械大型焊接结构件在承受大工作载荷时,焊接残余应力和工作应力叠加,严重影响结构件的结构强度、断裂韧性和疲劳寿命。为了降低焊接残余应力,往往采用控制焊接工艺、焊后热处理或振动时效处理等方法。本文以旋挖钻机的动臂和三脚架为例,分析大型焊接结构件在实际工况下残余应力的变化规律,以期通过控制焊接工艺,取消退火或振动时效工序,降低成本,提高生产效率,实现绿色制造。     

铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊残余应力数值模拟

采用顺序热力耦合的方法建模,通过正交试验,利用ABAQUS软件分析了铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊中焊接速度、搭接量、搅拌头转速对残余应力的影响,获得最优的工艺参数,通过试验验证模拟结果的准确性,并研究焊接速度、搭接量对残余应力的影响规律。结果表明：搅拌摩擦搭接焊的最优参数为焊接速度60 mm·min^-1、搭接量60 mm、搅拌头转速1 400 r·min^-1;在不同焊接工艺下,热循环曲线和残余应力的模拟结果与试验结果相吻合,相对误差分别小于7.5%和8.4%,验证了数值模拟结果的准确性;最大残余应力出现在焊缝末端的搭接面处,最优焊接工艺下的最大残余应力为137.7 MPa;与搅拌头转速相比,焊接速度与搭接量对残余应力的影响较大,随着焊接速度的增大,纵向残余压应力峰值升高,压应力作用范围变窄,而随着搭接量的增加,纵向残余压应力峰值降低,压应力作用范围变宽。     

纵向预置应力法控制薄板焊接残余应力与变形

针对高强铝合金薄板结构焊接时存在的焊后残余应力及变形大的缺点,采用施加一不大于材料屈服强度σs的纵向预置拉应力的方法降低其残余应力与变形,对此平板对接焊的残余应力与变形进行了数值模拟.结果表明:该方法可以改善残余应力的分布状态,显著降低焊后残余应力的峰值,预置应力越大,残余应力越低;从而减小了焊接件的变形;随着预应力的增加变形相应减小,0.5σs和0.7σs的预置应力下的最大变形挠度由常规焊的38 mm分别降至18 mm和7 mm,降至原来变形的17%左右;试验结果验证了模拟结果的准确性.     

基于数值计算的切割焊接连续加工残余应力演变过程

热切割与焊接在船舶制造中以先后顺序连续作用于构件,形成复杂的工艺耦合残余应力场,给掌握船体结构残余应力分布带来困难.为此,以典型的平板结构切割成形后对接焊工艺过程为对象,基于热弹塑性有限元法,建立该过程的数值计算模型,分析切、焊耦合残余应力的分布规律与演变过程.结果表明,在切焊连续加工中,沿焊缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度大于单独进行切割或焊接工艺时的情况;距焊缝较远位置的应力不仅受其温度升降影响,还要平衡热源周围的压应力,因此率先呈现出渐增的拉应力;初始切割残余应力对最终耦合残余应力的影响取决于温度变化梯度的大小.     

CF—62钢焊缝残余应力测试

对４４ｍｍ厚的ＣＦ－６２钢宽板和窗形拘束板焊缝的残余应力测试和结果基本代表了球罐的实际焊接残余应力状况，同时通过对宽板和窗形拘束板各种状态下焊接残应力测试表明，焊缝余高打磨、预加载等措施对降低焊接残余应力都有一定作用，而热处理的效果相对较好。     

Residual stresses in friction stir welded parts of complex geometry

Residual stresses play a key role on the mechanics underlying the fatigue crack growth propagation of welded joints. Indeed, compressive residual stresses may induce a beneficial enhancement of the fatigue life under loading condition whereas tensile residual stresses may act to increase the stress distribution at crack tip, resulting in a life-threatening condition of the welded structure. In-process distortion and final geometry of welded joints are also affected by residual stresses. In this paper, the longitudinal residual stress distributions in friction stir welding (FSW) joints were investigated for butt and skin–stringer geometries, including lap and T configurations. To measure residual stresses, the cut-compliance and the inverse weight-function methodologies were adapted for skin–stringer FSW geometries via finite element analysis. AA2024-T4 and AA7075-T6 aluminum alloys were used to weld dissimilar skin–stringer joints whereas butt joints were made of AA2024. The effect of most relevant process parameters as well as the cooling during welding process was also investigated for a better understanding of welding residual stresses. Our findings suggest that FSW of complex skin–stringer geometries produces higher residual stresses than those of butt joints, and that the cooling water flux further reduces residual stresses. Changes of process parameters did not affect markedly residual stress distribution.     

直边对接悬空双面埋弧焊在实际生产中的应用

由于大型起重机跨度及主梁腹板宽度都比较大,主梁腹板拼接制作过程中,采用直边对接悬空双面埋弧焊在保证焊接质量的前提下,能极大地提高焊接生产率,可以节省时间、人力及焊接材料。δ=12～18mm直边对接悬空双面埋弧焊在实际生产中具有实用价值。     

焊接顺序对中厚板对接焊残余应力的影响

针对同种材料,但几何结构不同的中厚板结构件之间的对接焊,运用有限元软件进行模拟,分析多层多道焊各层焊缝的焊接顺序对焊缝区域横、纵向残余应力的影响。采用内生热的加载方式模拟热源,采用生死单元法模拟多层多道焊缝的焊接过程。模拟结果表明,从几何尺寸小的一边向几何尺寸大的一边焊,沿焊缝底部和顶部中心线方向产生的横纵向残余应力峰值最小;底层的几道焊缝的焊接顺序对焊缝底部和顶部中心线方向所产生的横纵向残余应力的影响不大。     

AZ31镁合金TIG氩弧焊接应力场的数值模拟

以开V形坡口镁合金薄板对接为例,利用ANSYS软件对其焊接过程进行了模拟分析。首先建立了一个三维有限元模型,并利用生死单元技术模拟实际的焊接过程,得到了焊接温度场及残余应力场的分布情况,并对结果进行了分析和讨论。同时,在相同工艺条件下完成了实际的焊接实验,并对焊接残余应力进行了测量。实测结果与计算结果比较吻合,这说明ANSYS的单元生死技术可以有效地模拟焊接过程,本方法对焊接模拟工作中各种关键问题的处理比较得当。     

SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的"热-弹-塑性有限元"计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的"热-弹-塑性有限元方法"的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。     

基于MSC.Marc的多道焊数值模拟

桥梁和船舶制造业一直受到焊接残余应力和变形所导致的生产费用提高、延误工期问题的困扰，研究焊接残余应力和变形具有重要的工程实际意义。本文利用有限元分析软件MSC．Marc对平板对接多道焊进行了实时三维数值模拟，得到了焊接温度场、焊后残余应力分布以及变形，并对模拟计算结果进行了定性分析。     

大型桥式起重机箱形梁的焊接制造

本文简述了桥式起重机箱形主梁的焊接制造过程,重点介绍了主梁上拱度及其焊接变形的质量控制。     

偏轨箱形梁横向加强板焊缝设计对主梁承载能力的影响

起重机偏轨箱形梁横向加强板有加强板四周均焊和在受拉翼缘处空开2种焊接方式.以某冷轧带钢厂桥式起重机偏轨箱形梁为例,采用三维有限元法＂板到体子模型＂技术,比较分析了加强板2种焊接方式下主梁的变形、应力分布和承载能力.计算结果表明：加强板在受拉翼缘处空开时,主梁的承载能力比加强板四周均焊时高,且简化了焊接结构与工艺,但主梁刚度比加强板四周均焊时略小.     

基于声发射技术的箱型梁大应力区故障模式识别

在介绍了声发射技术的基础上,采用 BP 神经网络,分别对预置故障的港口起重机典型结构———箱型梁的声发射信号进行分析.选用原始波形特征参数以及它们之间组合派生出的特征参数等9个参数作为神经网络的输入,设计箱型梁大应力区常见五种故障模式:正常、局部表面裂纹、局部深埋裂纹、局部焊缝、对接焊缝为最终识别分类模式.结果表明,该方法可以对以上五种模式的声发射源进行有效识别     

强化应力及预强化处理对平板焊接残余应力的影响

根据06Cr19Ni10奥氏体不锈钢材料的室温拉伸试验结果,采用ANSYS有限元软件对不同屈服强度下平板焊接过程及焊后强化过程进行了数值模拟分析。结果表明,焊后强化并不能完全消除焊接残余应力,但可以显著改善焊接残余应力的分布;对不同强化工艺下平板的焊接残余应力进行比较,指出对材料进行预强化处理更有利于改善焊接残余应力。模拟分析结果可为应变强化工艺参数筛选提供一定的参考。