膜式水冷壁对称单元GMAW多焊道焊接工艺参数与变形的关系

基于焊接过程中热弹塑性有限元法,结合膜式水冷壁在实际生产过程中的GMAW焊接工艺参数,采用ANSYS数值模拟和试验相结合的方法,研究了多焊道焊接过程中,各焊道不同的热输入对对称单元焊接变形的影响规律,提出了控制单元焊接变形的方法和热输入的计算模型,并进行了相关试验验证.结果表明,对于对称焊接单元,平焊和仰焊焊道的热输入变化对焊接总变形的影响存在差异,并且存在可使单元总变形减小的仰焊焊道热输入贡献区.在此贡献区内,控制仰焊焊道热输入,将促使焊接单元总变形有效减小.     

汽车变速箱齿轮CO2激光焊接热过程的有限元分析及试验验证

以20CrMnSi低合金钢汽车变速箱双联齿轮的CO2激光焊焊接过程为研究对象,利用SYSWELD有限元分析软件,模拟不同热输入下焊缝及邻缝区域的温度场分布,得出最优工艺参数.分析了最优工艺参数下的热循环曲线并进行了焊接试验,得到了和模拟结果相近的焊缝横截面轮廓,并分析了热影响区的金相组织,验证了所建模型的可靠性.     

搅拌摩擦焊数值模拟过程中不同转速与热输入功率之间关系研究

建立了搅拌摩擦焊接过程的三维瞬态传热模型,用移动热源模拟搅拌头的移动.模拟和研究不同搅拌头转速下对应的温度场,通过反问题分析方法给出了搅拌摩擦焊接热源移动模型中热输入功率与转速间的函数关系,通过这一函数表达式,计算出转速为400 r/min的热输入功率,并与试验结果进行对比,误差小于5％,从而验证文中提出的热输入功率与转速间的函数关系的正确性和有效性.     

高炉底板用钢Q345中厚板焊接温度场模拟

以Q345中厚板对接焊为研究对象,利用Ansys分析软件对焊接过程三维瞬态温度场进行了模拟.通过对不同时刻的温度场分布和不同点所经历的热循环曲线进行分析,得出距离焊缝等距离的各点经历了相同的焊接热循环;由于多层多道焊具有焊接热叠加效果,在焊接第三道次后应降低焊接热输入,同时模拟结果为焊接参数的选择提供了理论依据.     

新研制610D大热输入焊接热模拟组织性能分析

利用热模拟技术,对某钢厂新开发的一种60kg级大热输入焊接用钢板进行了大热输入焊接热模拟试验.试验结果表明:此次试制的钢板在焊接热输入为80kJ/cm时,具有合格性能,但焊接热影响区的低温韧性与日本产SPV490Q仍有一定差距,试制工艺有待改进.     

高强度耐候钢焊接热影响区的组织转变

利用热模拟试验机对高强度耐候钢进行了不同热输入条件下的焊接热影响区的模拟,绘制焊接热影响区连续冷却(SH-CCT)曲线,并对模拟后的热影响区组织和性能进行了分析.结果表明,在120℃/s快速加热条件下,焊接热影响区奥氏体开始形成温度比标准测试条件下的开始相变温度提高了36℃.冷速较低时,焊接热影响区粗晶区组织为先共析铁素体、针状和粒状铁素体、珠光体和粒状贝氏体;随冷速加快,粒状贝氏体的量不断增多,显微硬度逐渐增加.     

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.     

12Cr1MoV耐热钢管焊接温度场模拟与试验验证

为了得到珠光体耐热钢12Cr1MoV合理的钢管焊接热输入,准确预测焊接热影响区宽度,能够提供典型位置的热循环曲线,掌握和预测焊后热影响区及附近区域组织转变规律,采用ANSYS有限元软件对钢管焊接过程进行数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行比较.结果表明,采集特征点热循环曲线与模拟结果非常吻合;焊接热影响区宽度模拟值与实测值基本一致;焊缝区以针状铁素体为主,热影响区主要是先共析铁素体和伪共析索氏体,过热区有少量铁素体和粒状贝氏体.     

基于有限元法的电阻点焊电极热输入机理

为了探明点焊过程中通过电极散失热量的过程和机理,展开了对电阻点焊电极热输入机理问题的分析和研究,基于有限元法(FEM)提出并建立了电极热输入计算模型,并根据模拟仿真策略对电极瞬态热输入的成分和大小进行了分析和探讨,最后通过试验验证了分析的结论.结果表明,点焊过程中散入到电极的热可分为电阻热和传导热两部分,电阻热流的变化规律与焊接电流一致,而传导热流则在电极输入热中占主导地位.此工作有助于电极散热和焊接质量控制等方面的研究.     

高强度船体用钢焊接性研究

采用热模拟试验技术测定出首钢研制开发的高强度船体用钢焊接连续冷却转变曲线(SH-CCT图),获得焊接工艺特征参数t8/5从3.5～2 500 s范围内的组织变化规律.利用热模拟技术进行了高强度船体用钢焊接热影响区组织、性能的模拟研究,结果表明,粗晶热影响区存在着脆化现象,随着焊接热输入的增加,粗晶热影响区奥氏体晶粒粗化,脆化加剧.首钢生产的高强度船体用钢淬硬倾向和冷裂敏感性较低.     

空间太阳阵导线电阻对焊可行性研究的仿真技术应用

对空间太阳阵导线电阻对焊进行可行性分析,通过有限元建模仿真,开展焊接热场-温度场-应力场数值模拟。结果表明,空间太阳阵导线电阻对焊过程包含受弹塑性变形影响形成面接触的预压过程与电热温度场与焊接应力场间接耦合的焊接过程,通过提取焊接温度场分布的数值模拟计算结果可以快速直观的分析焊接温度场分布的合理性、焊接形成过程中焊接参数的变化趋势,为空间太阳阵导线电阻对焊的工程应用提供理论支撑。     

API X65管道深水铺设GMAW横向焊接温度场

为了应对管道深水铺设GMAW横向焊接熔池下坠、窄坡口、无衬垫等挑战,建立了管道三维模型并进行了网格划分,利用材料软件生成了API X65温度场材料数据库,通过模拟温度场云图与实际焊缝截面的匹配校核了Goldak双椭球热源模型,管道焊接温度场分布SYSWELD软件模拟结果与实际焊接过程相符合. 建立了焊接温度场测试系统,通过背孔法埋设的热电偶测量了API X65管线钢平板焊接的热循环曲线. 测试曲线与SYSWELD仿真曲线具有相同的温度升降趋势,上板节点温度也均明显低于下板节点温度. 采用焊缝截面平均热循环曲线作为热源进行了多道焊模拟,并进行了试验. 结果表明,多道焊焊接变形是由焊接工艺参数与残余应力释放共同确定的.     

Application of discrete distribution point heat source model to simulate multipass weld thermal cycles in medium thick plates

Abstract

An analytical solution to the heat flow differential equation has been proposed, which allows an adequate and simplified approach to multipass welding conditions in the heat affected zone. The solution is based on the medium thick plate temperature distribution initially proposed by Rosenthal. The model applies a discrete distribution of point heat sources localised on any point of the plate that is being welded. This approach allows changing the position of the heat sources in the groove from one pass to another, reproducing multipass welding conditions. Actual thermal cycles of multipass welding of AISI 304 and 2304 stainless steels were recorded and compared with simulated thermal cycles, which verified the agreement between the simulated and the actual HAZ thermal cycles. Microstructures of alloys UNS S32304 and UNS S32205 were reproduced in the Gleeble system using the calculated thermal cycles and their comparison with actual weld microstructures confirmed the utility of the proposed heat flow model for metallurgical weldability studies involving multipass welding.     

采用热弹塑性有限元方法预测低碳钢钢管焊接变形

用有限元分析软件ABAQUS Code开发了用于模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接变形的热弹塑性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型,预测了低碳钢钢管多层焊接时的温度场和焊接变形,并通过试验验证了所提出计算方法的精度和有效性.结果表明,在多层焊接条件下,采用有限元方法计算得到的焊接变形与试验结果十分吻合.     

热循环峰值温度对HQ100钢热影响区组织和性能的影响

采用焊接热模拟技术模拟焊接热影响区经不同峰值温度热循环后对对应的组织，并通过铆相分析，断口分析和冲击韧度试验等方法研究了热循环峰值温度对低合金高强度钢焊接热影响区组织和性能的影响。采用透射电镜对熔合区组织的精细结构进行了分析，并与手工电弧焊熔合区组织进行了对比。     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

点焊过程热膨胀变形分析

用有限元方法模拟了低碳钢点焊过程的热膨胀变形，给出了正常焊接、工件受约束和极限条件下的热膨胀变形的理论计算结果，分析了热膨胀对电极的作用和各种机械约束对热膨胀行为的影响，结果表明：焊接区热膨胀以电极有很在的推动作用，最大位移量在电极轴线方向；焊接热膨胀变形受工件的约束条件，电极压力及焊机机械参数的影响，变形规律有所不同，研究结果为热膨胀法点焊质量实时控制提供了理论指导。     

激光诱导焊接温度场的数值模拟

提出了激光诱导的概念,建立了激光诱导物理及热源模型,推导了激光诱导移动点热源加热薄板的准稳定状态方程.利用MARC软件对304不锈钢激光诱导焊接温度场进行了有限元分析.选取建立的激光诱导热源模型,进行二次开发编写子程序,实现激光诱导移动点热源的加载.利用高温热电偶实测激光诱导焊接的温度场热循环曲线,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明,模拟值与实测值吻合良好.     

3D numerical study of effects of temperature field on sensitisation of Alloy 690 butt welds fabricated by gas tungsten arc welding and laser beam welding

Abstract

This study examines the effects of the temperature field on the sensitisation of Alloy 690 butt welds fabricated using the gas tungsten arc welding (GTAW) method and the laser beam welding (LBW) method respectively. The welding thermal cycles of the two welding methods are simulated using ANSYS software based upon a moving heat source model. The validity of the numerical model is confirmed by comparing the simulation results with the corresponding experimental findings. Agreement is found between the numerical results for the temperature field and the experimental temperature measurements. In addition, it is shown that the LBW weldment experiences a more rapid heating and cooling effect than the GTAW weldment, and therefore has both a smaller heat affected zone and a narrower sensitisation region. Thus, the validity and general applicability of the thermal welding model are confirmed.     

Welding simulation of fillet-welded joint using shell elements with section integration

For the purpose of reducing time cost of welding simulation, a FE approach combing shell elements for modeling the overall welded plates and solid elements for considering the contribution of detail materials at the local region of weld line was developed in this paper. The corresponding thermal and mechanical degrees of freedom were related between shell and solid elements by linear constraint equations. A typical fillet-welded joint of 9 and 12 mm was simulated by the method and the temperature history and distribution, welding distortion together with residual stress was compared with solid model and measured experiment data. The results show that very good agreement can be achieved and the computational time can save up to 40% compared with solid model for the joint.