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.     

超声冲击改善6061铝合金焊接残余应力的数值模拟

运用ANSYS有限元软件对无应力和存在焊接残余应力的6061铝合金试板的超声冲击过程进行了数值模拟,并和实测结果进行了对比.结果表明,对于无应力试板,冲击中心表面为压应力,周围为拉应力;在冲击中心沿板厚方向,应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随冲击过程的进行,材料整体应力水平不断提高;对于存在焊接应力的试板,增加载荷位移,冲击区域的应力降幅也随之增大,最大拉应力逐渐向母材区转移且其峰值也不断下降,应力降幅符合实测结果.     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论，其中包括温度场和应力场的数值模拟，介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果，并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势。     

航空铝合金构件淬火残余应力的数值模拟

可固溶强化的铝合金在通过剧烈淬火获得高强度的过程中，会产生很大的淬火残余应力，并容易引起淬火变形与裂纹。本文将有限元方法用于预测航空铝合金构件淬火残余应力的产生与分布规律，首先针对铝合金试样的淬火过程建立数学模型，进行数值模拟，其次将分析方法用于预测某7075铝合金飞机隔框的淬火残余应力分布规律。并采用裂纹柔度法进行了实验测定，实验结果与模拟结果对比具有很好的一致性。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程，采用非线性有限元法，对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明，沿焊缝方向，纵向残余应力均为拉应力，一般在焊缝中间处最大；沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力，沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向，焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力的数值模拟

基于ANSYS平台对油浆蒸发器伸出管板角接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布,成功的解决了焊缝的环形行走和不同部位之间的热传导问题.有限元分析结果表明.接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,高应力危险区集中在焊缝周围的管板热影响区.本文焊接条件下管接头环焊缝最大径向焊接残余应力出现在临近焊接热影响区的焊缝根部,对导致出现应刀腐蚀开裂起主要作用.合理的预热措施使最大环向焊接残余应力降低20%左右,同时管桥表面应力也得到明显改善,这就有效降低了管板表面出现应力腐蚀开裂的风险.     

焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

基于有限元的多次补焊焊接残余应力的数值模拟

应用有限元方法建立了补焊温度场的数学模型，并对温度场进行一定的简化。焊接应力分为热应力和组织应力两部分，分别给出了热应力和组织应力的计算模型。利用ANSYS有限元软件以BHW35钢补焊为例进行数值模拟，给出了有限元的实现过程。并分别给出了一次、三次、五次补焊的模拟结果。并将计算模拟值与实际测量数值比较。计算结果和实际测量数值基本吻合。并根据应力分布情况，得到一些结论，焊缝中心的残余应力变化不大；热影响区存在较高的残余拉应力，且同一位置，随修复次数的增加，应力值逐渐提高；残余拉应力区宽度变大。文中还给出了焊后热处理后的应力大小情况，以证明焊后热处理能改善应力分布。     

超声波消除铝合金焊接残余应力的有限元数值模拟

利用有限元ANSYS软件模拟了超声波冲击铝合金焊接件过程,通过对比超声波冲击前后铝合金焊接件的残余应力分布情况,证明了超声波消除残余应力的有效性。     

喷砂对6082铝合金焊接接头残余应力的影响

采用喷砂对铝合金车体用6082铝合金进行了表面处理。采用X射线衍射法测试并对比分析对接、搭接和十字焊接接头喷砂处理前后的残余应力。结果表明,喷砂处理前,对接、搭接和十字焊接接头的纵向残余应力均呈双峰状分布,最大残余应力出现在焊趾附近区域,而横向残余应力呈多峰状分布;喷砂处理后,其纵向和横向应力均呈现为压应力状态,并且应力跨度显著减小,应力分布更均匀。残余压应力的存在可以有效抑制表面裂纹的萌生,提高其疲劳强度和延长使用寿命。     

转向架构架标准焊接接头残余应力数值模拟

直接测试是获取焊接结构残余变形和残余应力的主要方法。以南京浦镇车辆有限公司的转向架构架为研究对象,利用有限元分析软件SYSWELD,对构架上面的T型接头和对接接头进行热-弹塑性有限元分析,得出残余应力大小和分布规律,并将模拟结果与实测结果进行对比,发现两者趋势吻合。     

铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

基于ABAQUS的2A11铝焊接结构激光冲击处理数值模拟

采用有限元分析软件ABAQUS数值模拟研究了激光冲击处理对2A11铝焊接结构残余应力的影响。结果表明,焊接后焊缝处存在较大的横向和纵向残余拉应力。经激光冲击处理后,焊缝处残余应力分布得到改善,由残余拉应力变为残余压应力。当激光冲击能量为12 J时,2A11铝焊缝处的横向、纵向残余压应力都达到最大值,表明只有合适的激光能量才会得到最大残余压应力值。当搭接率为50%时,得到了较理想的残余压应力值和应力分布,表明合适的搭接率才能得到最佳激光冲击效果。合理的选择激光冲击参数对2A11铝焊接结构残余应力大小和分布有重要的影响。     

余高去除对铝合金TIG焊接头残余应力的影响

利用超声波法测量了3 mm和5 mm厚船用5系铝合金TIG填丝焊接头去除余高前后的正面横纵向残余应力分布。结果表明,余高去除前3 mm厚试板与5 mm厚试板相比,近缝区由于变形较大释放部分应力导致纵向残余应力稍小;试板纵向残余应力分布曲线均为近缝区拉应力最高,试板两侧存在压应力区。去除余高后试板的纵向残余应力曲线均呈驼峰状,焊缝中心残余应力较低,近缝区达到残余应力最大值;余高的去除对于消除纵向残余应力没有太大影响,但可适当降低横向残余应力。     

不同异种钢管道焊接接头残余应力的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的热应力有限元计算程序,对0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20异种钢焊接接头残余应力进行了有限元模拟分析.结果表明,无论是采用奥氏体不锈钢焊条A302焊条还是镍基焊条Incone182焊条,0Cr18Ni9/20钢和1Cr5Mo/20钢焊接接头中最大的轴向残余应力和环向残余应力产生在20钢侧的热影响区,0Cr18Ni9侧有最小的焊接残余应力.采用Incone182来代替A302可以有效地降低残余应力值,提高抗应力腐蚀开裂的能力.     

基于残余应力和微观组织形貌的铝合金CMT焊接接头薄弱环节的预测

采用数值模拟与实验相结合的方法预测3道冷金属过渡(CMT)焊接接头的薄弱环节。通过有限元方法预测焊接接头中残余应力的分布特征;通过金相实验获得焊接接头中不同特征区域的微观组织形貌特征。接头对称面上的最大主应力值最高,故该区域在服役过程中较易产生拉伸裂纹。第一次层间冷却结束后,焊缝金属与基板的交界面上因等效von-Mises应力最大而具有较高的裂纹敏感性。根据金相分析结果,第3道焊缝中晶粒最为粗大,而层间的熔合区则具有粗大的晶间析出物组织特征,两种现象均意味着较差的力学性能。焊接接头中最为薄弱的区域则位于分别通过数值方法和实验方法得出的薄弱区域的交叉区域。     

铝合金LB-VPPA复合焊应力场数值模拟

以7010铝合金为研究对象,根据LB-VPPA复合焊的焊缝截面形状及变极性等离子弧焊电流特性,通过对热源程序二次开发,建立了符合LB-VPPA复合焊的平面高斯+双椭球+高斯圆柱体组合热源模型。在此基础上,采用焊接模拟专用软件SYSWELD对LB-VPPA复合焊应力场进行数值模拟。结果表明,在保证焊透的前提下,与VPPA焊应力场相比,LB-VPPA复合焊的残余应力要比VPPA焊的残余应力小,且熔宽较小。分别对LB-VPPA复合焊和VPPA焊进行工艺试验,结果显示LB-VPPA复合焊焊缝熔宽比VPPA焊焊缝熔宽小,与模拟结果基本一致。