超声冲击处理工艺对Q345焊接热影响区残余应力的影响

目的降低Q345焊接热影响区的残余应力。方法假设Q345对接焊缝两侧热影响区对称位置的表面残余应力一致,并采用盲孔法测量进行验证。采用超声冲击设备对焊缝一侧热影响区进行不同工艺参数的冲击处理,并测量焊缝两侧的残余应力值。对比焊缝两侧残余应力大小,并以消减率评价残余应力的消除效果。结果焊缝两侧热影响区对称位置的表面残余应力差值不超过最大主应力值的7.5%。超声冲击处理使热影响区的表面拉应力转变为压应力,消减率达到88%~130%。冲击时间一定,冲击电流的增大使残余应力消减率增大,但消减率增加的趋势变小。冲击电流一定,冲击时间增大时,残余应力的消减率变化不明显。结论可以认为焊缝两侧热影响区对称位置的应力值相等。提高冲击电流能够提高冲击力,使热影响区发生更大的塑性变形及位错结构变化,进而提高残余应力的消减率。但由于加工硬化的影响,消减率增加的趋势减小。超声冲击电流一定时,冲击力是一定的,提高冲击时间对消除率并没有明显的影响。     

2A12铝合金焊接接头超声冲击强化机理分析

使用ZJ-Ⅱ型超声波冲击设备对2A12铝合金焊接接头进行了超声冲击处理。用金相显微镜观察分析了超声冲击强化处理前后焊缝断面的显微组织,用显微硬度计测试了焊缝断面的显微硬度,用X射线应力仪测定了残余应力沿焊接接头表面横向的分布.通过以上分析,研究了铝合金焊接接头超声冲击强化的微观机理。结果表明,超声冲击处理可以在焊缝表面形成300μm左右的塑性变形层,焊缝中气孔、缩松等缺陷明显减少,焊接接头表面和断面显微硬度明显提高。消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了残余压应力。     

超声冲击对球笼-法兰焊缝残余应力场的影响

为研究超声冲击处理对传动轴总成球笼-法兰焊缝表面残余应力的影响,采用超声冲击强化对球笼-法兰激光焊接焊缝进行了焊趾冲击和全覆盖冲击试验。分析了超声冲击前后裂纹产生原因,测试了焊趾冲击和全覆盖冲击前后残余应力值。残余应力测量结果表明,采用冲击工艺,可以在焊缝表面一定深度下产生压应力,最高测得-237MPa。全覆盖冲击后焊缝整体处于压应力状态下,焊缝中心残余压应力进一步增大;焊趾冲击后,焊缝中心应力值没有较大变化,焊趾处压应力值增大。经超声冲击后,组织发生塑性变形形成了高位错密度的包状结构,这个高位错密度的表面层能够有效阻碍表面应变层底部的晶体在交变应力作用下向表层滑移,抑制表面裂纹产生。     

超声冲击对钛合金焊缝应力和组织的影响

采用X射线应力仪和光学显微镜研究超声冲击对钛合金焊缝残余应力和组织的影响.结果表明,超声冲击不仅可以明显改善焊缝的残余应力分布,而且在产生有益的压应力的同时,对焊接母材和焊缝组织没有明显的影响.     

超声冲击处理对316L不锈钢焊接接头组织及残余应力的影响

对6 mm厚的316L奥氏体不锈钢板进行TIG焊试验,采用盲孔法测量焊缝附近的残余应力,并采用超声冲击处理焊接接头,观察超声冲击前后焊接接头的组织形貌。使用Abaqus有限元软件,分析了316L不锈钢的焊接残余应力分布,并与残余应力测试结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。结果表明,焊缝组织由奥氏体与δ铁素体组成,铁素体主要以蠕虫状分布于枝晶主轴上。超声冲击处理前,熔合线清晰可见,靠近熔合线的热影响区晶粒粗大,晶粒内部有滑移线,该部位在焊接过程中发生了塑性变形。超声冲击处理后,熔合线变得模糊,接头的残余应力大幅降低。接头的横向残余应力以拉应力为主,最大应力在焊缝熔合线处;最大纵向残余拉应力出现在焊缝及其热影响区附近。横向残余应力的模拟结果与盲孔法测试结果较为吻合,其与测试结果的偏差低于20%。     

钛合金热时效与超声冲击焊接应力消除研究

以TC4钛合金焊接试板为研究对象,采用盲孔法检测其焊接残余应力,然后分别采用热时效和超声冲击法消除焊接残余应力,并对比热时效和超声冲击消除焊接残余应力的效果.结果表明:热时效可以大幅降低焊接残余应力,残余拉应力消除率<100％,但不能产生压应力;相较于热时效,超声冲击具有较好的效果,残余拉应力消除率为100％,可以将有害的焊接残余拉应力转换为有利于疲劳强度和疲劳寿命的压应力.建议采用超声冲击消除钛合金焊缝的残余应力.     

激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响

为了研究激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响,对5 mm厚40Cr钢与45钢焊接接头进行激光冲击处理,分析了冲击后凹坑形貌以及冲击前后焊接接头残余应力、显微硬度的变化情况。结果表明,焊接接头不同区域产生不同程度的压塑性变形;焊缝区和热影响区的残余拉应力变为压应力,且在焊缝中心处有最大平均残余压应力396 MPa;冲击后焊接接头的显微硬度也得到一定程度的提高。激光冲击强化有效地提高了异型材焊接接头的性能。     

工艺参数对高压水射流降低焊接残余应力的影响

采用有限元法对高压水射流降低304不锈钢焊接接头残余应力进行模拟,并对焊态残余应力和高压水射流喷丸试验验证。采用Fortran语言开发了移动的高压水射流压力载荷子程序,经计算得到高压水射流处理前后焊接残余应力分布规律,讨论了水射流工艺参数对残余应力消除效果的影响规律。结果表明,由于高压水射流对金属表面的冲击效应,产生塑性变形,焊缝和热影响区焊态残余拉应力大幅降低。当水射流轴心压力达到0.87倍屈服强度时,焊缝中心压力由拉应力变为压应力,冲击次数取2~3次时,残余应力得到良好改善,增大冲击面积有利于降低焊接残余应力,水射流移动速度对其残余应力影响不大。     

超声冲击对SMA490BW耐候钢焊接残余应力的影响

对SMA 490BW耐候钢进行气保焊焊接,利用超声冲击设备对焊接对接接头进行超声处理,并通过盲孔法对超声冲击前后的残余应力进行测试及分析.结果表明,超声冲击对于焊缝及其附近区域残余应力的降低效果十分明显,横向残余应力消除率最高达161％,纵向残余应力最高达118％;超声冲击处理后,同一位置纵向残余应力消除率较横向残余应...     

细晶粒钢激光深熔焊接残余应力与裂纹关系分析

残余应力是导致细晶粒钢激光深熔焊时裂纹产生的主要机理之一,对焊接质量有较大影响. 文中基于细晶粒钢激光深熔焊实际焊缝金相组织建立热源模型,采用PDA-5500S岛津光谱元素分析仪提取细晶粒钢化学成分,基于吉布斯函数建立细晶粒钢的温度与流变应力耦合本构关系;同时,通过不同焊接参数下焊缝截面试验数据,在热源模型中设置跟踪点,获取焊缝中实时残余应力,研究不同温度下实时残余应力与细晶粒钢流变应力对焊接缺陷的影响. 结果表明,在相同温度下当实时残余应力高于材料流变应力时,焊缝内产生裂纹;合理提高焊接速度,可降低细晶粒钢焊缝实时残余应力,提高激光深熔焊接质量.     

Suggestion of welding procedure for compressive residual stress induction by using low transformation temperature welding materials

ABSTRACT

To understand the cause of compressive residual stress in welded joints, we analysed by numerical analysis the effect of welding pass sequence using low transformation temperature (LTT) welding materials on residual stress around the weld toe of boxing fillet welded joints. It was determined by numerical analysis that the produced compressive residual stress and the influence of the stiffeners are reduced in the equivalent position of the weld toe in a fillet welded joint because of the influence on the behaviour of the stiffener in the weld being due to residual stress distribution around the weld toe. The residual stress reduction method of extending the length of the welded bead and releasing the weld toe from the stiffener, similar to the concept of discarding a bead to reduce tensile residual stress, was effective in fillet welded joints. Numerical analysis of the relationship between residual stress around the weld toe and width of the weld bead in the bead-on-plate welding model clarified that compressive residual stress can be introduced around the weld toe by having a wide width weld bead. In addition, a fully penetrated welded joint was very effective for causing compressive residual stress around the weld toe.     

New technique to control welding buckling distortion and residual stress with non-contact electromagnetic impact

Abstract

A new technique using non-contact electromagnetic forces has been proposed for controlling welding buckling distortion and residual stresses in welded thin plates. The experimental results show that the method can successfully eliminate the buckling distortion and reduce the residual stresses. Three-dimensional finite element modelling has been developed to study the evolution of the stress and strain throughout the welding and electromagnetic impacts. The predicted welding distortion and residual stresses are in good agreement with the experimental results. The numerical analyses show that the reduction in distortion and stress is a result of the change of the plastic strain field in the weld region: electromagnetic impacts reduce longitudinal compressive plastic strain in the local region near the weld, and even produce the tensile plastic strain. Moreover, it is found that the residual stress can promote the changes of the longitudinal plastic strain state under electromagnetic impact.     

用旋转挤压方法控制薄板的焊接变形

提出了旋转挤压控制薄板焊接变形的新方法,它足利用特定形状的挤压头对焊缝及近缝区金属进行旋转挤压,产生拉伸塑性应变,减小甚至抵消残余压缩塑性应变,以此来消除焊接残余变形.该方法处理后的焊道表面平整光滑,减小了应力集中.结果表明,旋转挤压法能将薄壁构件焊接变形降到非常低的水平,选择适当的工艺参数,该方法能将焊接残余变形控制在常规焊接状态的3%以下.旋转挤压控制薄板焊接变形的效果与多个工艺参数有关,只有当各个工艺参数取值适当且匹配良好时,才能取得良好的焊接变形控制效果.     

横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹倾向数值模拟研究

从力学角度出发,提出横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的新方法。讨论了铝合金焊接热裂纹产生的条件,建立脆性温度区间(BTR)金属材料-力学性能匹配模型,采用弹塑性有限元方法对BTR区域金属产生的挤压塑性流变行为和应变场变化进行了分析。模拟结果表明,横向超声冲击对BTR区金属产生横向压缩塑性应变,并依靠BTR区金属的塑性变形把应变传递到焊缝中心,随着横向超声冲击加载功率的增加,在焊缝中心处产生的挤压应变也随之增大。通过实验测定实际情况下BTR区金属的横向压缩塑性应变值,实验结果与模拟结果吻合良好,进一步证明了该方法的可靠性。     

军机薄壁结构损伤超声跨态处理新工艺

提出超声跨态处理（UPPW）控制激光焊接军机薄壁结构残余应力和变形的新方法.在激光焊接过程中,通过辅加超声振动场,影响激光熔池的形成、流动和凝固等几个关键跨态转变阶段及焊缝的高温超塑性固态相变阶段,达到改善焊缝凝固组织,控制焊接变形,缓释残余应力,提高接头力学性能以及减少裂纹等缺陷的目的.结果表明,UPPW工艺可以显著降低飞机薄壁焊件的残余应力和变形,在合适的工艺参数下,能够使1.5 mm厚TC4航空钛合金薄板焊接件的残余变形降至常规焊接变形量的50%左右,显微组织晶粒度提高约1个级别,且组织形态更加均匀.     

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.     

随焊冲击旋转挤压控制TC4薄板焊接失稳变形工艺

薄板钛合金在焊后存在较大的残余压应力,使其发生失稳变形,很多情况下,结构不能满足设计要求,必须采取措施减少失稳变形.文中采用随焊冲击旋转挤压的方式,对焊接过程中尚处于较高温度的焊缝部位进行塑性延展,减少焊接时发生的塑性收缩量,降低残余压应力的值,从而减少焊接变形量.对焊后薄板的变形挠度和残余应力进行了测量,变形挠度下降...     

焊接应力场与应变场的计算与讨论

经典的观点认为焊缝存在残余压缩塑性应变,而目前有学者认为焊缝是在冷却的过程中形成的,与加热过程无关,认为焊缝只存在拉伸塑性应变,而不存在压缩塑性应变.针对这一对传统残余塑变理论的质疑,采用有限元方法对薄板熔焊对接接头纵向应力和应变的瞬态变化以及由焊缝中心到母材边缘的纵向应力和应变分布情况进行了计算.结果表明,焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,应力状态为拉应力,由焊缝中心到母材边缘其纵向应力由拉应力转变为压应力,纵向压缩塑性变形量逐渐下降,离焊缝较远受温度场影响较小的母材不产生塑性变形.     

超声冲击处理对7A52铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金双丝MIG焊的热力耦合数值模型,得到焊接残余应力场;随后利用数值传递方法,对焊接接头处进行超声冲击处理,建立焊接和超声冲击处理耦合模型,得到冲击后的残余应力场,分析了冲击前后残余应力分布特点和大小,并且通过改变冲击针移动速度分析其对残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响.计算结果表明,超声冲击处理能够显著改善焊缝和热影响区的表面残余应力,且随着冲击移动速度的增加,得到的焊接接头处压应力值逐渐减小.