反向变形约束在梁类件焊接变形控制中的应用

为减小梁类件焊后变形,通过施加反变形量来控制焊接变形。以某车型横梁为例,首先分析未采取反向变形约束状态下横梁的焊接变形,得出横梁在自由状态下的焊接变形规律及数值,并进行实物验证;然后预设了5种反向变形约束方案,分别进行模拟分析,并通过数值模拟寻优,确定出最佳反变形量施加的位置和量级。结合分析结果,以试制的方式对所提及的算法进行验证,并制作一套柔性焊接工装夹具,在反变形施加位置加紧约束,通过调整夹具上垫片厚度来调节反变形的施加量。通过实物验证,当反变形量为4 mm时,焊后变形量在1 mm以内,与模拟分析结果吻合。该方法可有效控制梁类件的焊后质量。     

厚板Invar合金多层多道焊反变形数值模拟

文中针对19.05 mm厚Invar合金模具材料多层多道MIG焊接,采用有限元仿真分析和试验验证相结合的方法,分别对无反变形角的模型和施加不同反变形角的模型进行数值模拟,用模拟时所设计的反变形角进行Invar合金多层多道MIG焊试验,分析焊后试样的变形情况,与模拟结果对比分析.结果表明,当施加的反变形角为2°时可以有效控制100 mm × 100 mm × 19.05 mm的Invar合金四层十道MIG焊的焊后角变形,焊后残余翘曲高度为?0.11 mm,焊后残余角变形为?0.12°,与模拟结果的误差在8%之内. 结果表明,有限元模拟技术对于试验探究具有预测和引导作用.     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.     

某雷达连接杆焊接温度场及残余应力分析

以长轴薄壁连接杆为研究对象,采用MARC有限元软件对连接杆的焊接过程进行数值模拟,分析不同焊接热输入对温度场、残余应力及变形的影响规律。结果表明,焊接热输入由5 600J·mm-1减小到2 800J·mm-1,残余应力及变形均显著增加,纵向残余应力增加17%,横向残余应力增加33.9%,变形量增加63.5%。焊接实验结果与模拟结果吻合,验证了模拟结果的准确性,对焊接变形的预测及控制具有重要意义。     

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.     

低碳钢薄板单道堆焊焊接变形的数值模拟

基于ABAQUS有限元分析软件,开发了考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元计算方法.利用所开发的数值方法对薄板单道堆焊时的焊接残余应力和变形进行了模拟.同时采用试验方法测量了薄板接头的焊接变形和残余应力.通过对比数值模拟结果和试验结果,验证了所开发方法的有效性.在同时考虑几何非线性与材料非线性的情况下,有限元计算得到的焊接变形结果与实测值一致;计算得到的焊接残余应力也与实测值比较吻合.此外利用数值模拟方法详细研究了薄板焊接变形的特点和残余应力的分布特征.     

试件尺寸对Q345薄板单道堆焊接头变形的影响

基于ABAQUS有限元分析软件,开发了考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元计算方法,用于模拟薄板焊接接头的温度场和焊接变形. 利用所开发的方法数值研究了试件尺寸对板厚为2 mm Q345低合金高强钢单道堆焊接头焊接变形的影响. 同时,采用试验方法测量了薄板接头的面外变形. 通过数值模拟结果与实测值的比较,验证了所开发的非线性有限元方法的有效性. 结果表明,试件尺寸对Q345薄板接头的变形量和变形分布都有显著影响. 此外,还详细讨论了在不同长宽比条件下薄板面外变形的产生机理.     

时速350 km动车组车顶焊接变形控制与工装夹具设计研究

时速350 km动车组车顶焊后变形量较大,最大处达到12 mm。在焊接过程中调整焊接顺序可有效减小变形量。先进行反装焊接,后进行正装焊接,先进行中间焊缝焊接,后进行两侧焊缝焊接,焊后车顶的变形量较小,变形的弯曲方向与车顶自身外形弧度方向一致,调修时间最少。并且在焊前使用工装夹具对车顶进行侧顶紧和压紧,以及预制反变形可以进一步减小焊后变形量。焊前反变形量达到7 mm时,焊后变形量可以控制在3 mm以内。     

机车车辆大型长直弦梁焊接变形预测

基于MSC.Marc通用有限元软件平台开发高效的增强移动热源模型，并采用热-弹-塑性有限元法和增强移动热源模型，对长度为13 832 mm的机车车辆大型长直结构焊接变形进行了数值模拟.同时测量了长直结构的焊接变形，并与数值模拟结果进行比较，验证了所开发的有限元计算模型对长直结构焊接变形的准确性与可行性，随后，采用所开发的计算方法分析了不同焊接顺序对机车车辆大型长直结构焊接变形的影响.结果表明，焊接顺序对焊接变形的模态和大小均有显著影响，通过调整焊接顺序能够大幅减小焊接变形，试验结果指导了大型长直结构的实际生产，并且缩短了工艺开发周期.     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

Angular distortion of fillet welded T joint using low transformation temperature welding wire

Abstract

A newly developed low transformation temperature welding wire, of which the transformation start temperature is lower than that of conventional welding wires, was applied to fabrication of fillet welded T joints. The welding angular distortion and the temperature profile of the weld metal were continuously measured during the welding process. The angular distortion of the fabricated T joint was reduced when the weld metal reached the martensitic transformation start temperature. The residual angular distortion was less with the low transformation temperature welding wire than that with the conventional welding wires. The welding distortion of T joints was calculated by a numerical simulation with consideration of the effect of phase transformation under weld thermal cycles. The welding distortion was reproduced with high accuracy in the numerical simulation. Results of the numerical simulation also determined that there was a direct correspondence between the transformation expansion of the weld metal and the angular distortion.     

纤维增强热塑性树脂基复合材料与金属激光连接研究进展

基于电−磁−热多场联合仿真方法建立电磁感应焊接数值模型,模拟电磁感应焊接过程;通过Cohesive单元及二次名义应变失效准则,分析碳纤维增强复合材料（Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP）层合板电磁感应焊接强度;研究CFRP层合板搭接长度及聚醚醚酮（PEEK）胶粘层厚度对焊接强度的影响,并通过单搭接试验验证计算结果。结果表明,在搭接长度为12.5 mm,厚度为0.5 mm的条件下,感应焊接层合板温度最高为385.7 ℃,试验结果为372.5 ℃,数值结果与试验结果的误差为3.5%;在拉伸过程,焊接接头端部首先发生破坏,接头拉伸破坏为纤维抽离破坏、剥离破坏及基体内聚破坏共同作用产生;CFRP层合板的焊接强度与层合板搭接长度没有明显的相关性;PEEK胶粘层断裂类型为张开型与滑移型混合破坏,PEEK胶粘层厚取值为1 mm时,抗剪强度计算结果为5.97 MPa。

     

低碳钢点焊结构的力学参数分析

以低碳钢为母材的点焊结构为研究对象,分别使用调试引伸计、拉伸试验和ANSYS的数值仿真三种方法,研究点焊结构的变形和应力状态,得出角度变形与载荷之间的关系,仿真分析点焊结构分焊核、塑性环和母材三部分的力学模型的合理性. 采用点焊结构力学模型分析仿真结果. 结果表明,得出角度变形量随载荷之间的关系,过程中调整塑性环的屈服极限和塑形模量的数值,使得仿真的角度变形量和试验结果相一致. 有限元仿真的塑性环的屈服极限和塑形模量是可测的,可以为以后相关的研究提供参考.     

Study on prevention of angular distortion in fillet-welded T-joint by welding with a trailing reverse-side gas heating

Reduction or control of angular distortion without additional processes is demanded because it takes a lot of time and effort to correct the angular distortion of fillet-welded T-joints. In this study, the reduction or control of angular distortion of both sides of a fillet-welded T-joint by welding with trailing reverse-side gas heating was investigated through a welding experiment and its numerical simulation. First, the effect of gas heating position and intensity on the reduction in angular distortion was experimentally investigated using a gas burner. The results showed that angular distortion became smallest when reverse-side heating using the gas burner was located 50 mm backward of the welding torch. Also, the concentrated gas flame with increased propane and oxygen gas flow was effective for reducing angular distortion. It was clarified that the angular distortion could be controlled completely with an appropriate reverse-side gas heating condition. Next, the numerical simulation model of welding and gas heating was constructed based on comparison with the measured temperature histories and angular distortion. Through the numerical simulation of welding with a trailing reverse-side gas, more detailed understanding of the effect of gas heating condition on reduction in angular distortion was developed. In addition, it was confirmed that the gas heating position for the smallest angular distortion is dependent on the temperature distribution along the thickness of the flange plate.     

AZ71镁合金TIG焊焊接接头微观组织与力学性能

采用钨极氩弧焊接方法对2.2mm厚镁合金AZ71薄板进行焊接加工。焊后对接头进行拉伸试验和硬度测试,结果表明:采用90A的电流焊接时,接头抗拉性能最好(281.23MPa),达到母材的89.58%。断裂发生在焊缝区,焊接接头断口呈准解理断口,接近解理断口;母材断裂为延性断裂,断口呈韧窝断口;焊缝区显微硬度最高,其次是母材,热影响区硬度最低。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

大面积拼焊平台结构的焊接变形预测

为了对大面积厚板拼焊平台结构进行焊接变形预测,首先进行了缩比件焊接试验,并测试了焊接过程中的角变形,然后进行了实际焊道数量及焊道集中分组后缩比件的焊接数值模拟,验证了焊接有限元模型输入的准确性及焊道集中分组方案的合理性;最后根据建立的焊道集中规则建立了平台结构的焊接有限元模型,进行了焊接变形的预测.结果表明,实际焊道数量及焊道集中分组后缩比件焊接角变形的数值模拟结果与测试结果一致,角变形约为1.6°,验证了将实际焊接工艺中15层27道简化为5层5道的焊道集中方案的准确性;平台结构的焊接变形表现为局部下塌或上凸的面外变形,是由上下坡口不对称产生的焊接角变形及底部钢架支撑作用共同产生的,面外变形范围为−5.2 ~ 4.4 mm.     

中厚板铝合金激光-MIG复合双层焊接方法

提出了激光-MIG复合双层焊接中厚板铝合金方法,该方法分两层进行焊接：第一层为打底焊,解决焊接熔深不足的问题;第二层为盖面焊,解决焊缝成形不良的问题.结果表明,在激光器额定功率为4 kW时,采用激光-MIG复合双层焊接方法焊接ZL114A材料的熔深可达10 mm,接头抗拉强度平均值为238 MPa,大于母材抗拉强度的8...