钛合金带热沉钨极氩弧焊中热沉作用

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了钛合金TC4薄板常规及带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中温度及应力应变的分布,考察了热沉对温度场和应力应变场的影响规律,探讨了使用该技术实现应力和变形控制的机理.结果表明:带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中,紧随热源之后热沉急冷作用使得试件形成马鞍形温度场,而热沉作用部位温度最低.热沉作用部位的急冷收缩对周围金属产生拉伸作用,使得焊缝及近缝区金属升温过程中产生的压缩塑性应变减小,冷却过程中产生的拉伸塑性应变增大,接头中不协调应变减小,残余应力降低.实验测量与有限元模拟结果吻合良好,证实了采用热沉控制应力与变形的有效性和有限元模型的正确性.     

焊接工艺对Inconel 718镍铬基合金管结构环焊缝残余应力和变形影响的有限元分析

采用等离子柬焊(PBW)和钨极惰性气体保护焊(TIG)方法对大口径镍铬合金石油管道环焊缝进行打底焊接,采用数值模拟方法分析了两种打底焊接工艺下,焊缝及其邻近区域的温度场、残余变形和残余应力的分布.数值模拟时,根据两种焊接工艺的热源特点,选用不同的热源模型进行计算;同时考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.结果表明,采用PBW能够得到深而窄的焊缝截面,残余应力和残余变形都比TIG打底焊缝小.     

带热沉装置的搅拌摩擦焊研究

基于动态控制低应力无变形焊接法原理和搅拌摩擦焊特有的应力应变特点,设计开发了可应用于搅拌摩擦焊的单点式热沉和阵列式射流冲击热沉系统.通过两种不同热沉系统在铝合金搅拌摩擦焊中的对比研究,结果表明,单点式热沉虽然可以减小FSW焊接变形,但此种冷却方式会使接头性能大幅度下降,接头强度仅达到常规FSW的80%左右.经过改进的阵列式射流冲击热沉系统可以主动控制FSW过程中各个区域的温度分布,从而有效控制焊接过程的热弱塑性应力应变场,达到动态控制低应力无变形的焊接效果.焊缝氢含量的测试分析表明,阵列式射流冲击热沉系统可以改善接头的残余应力分布,防止冷却水侵入焊缝.带阵列式射流冲击热沉系统的搅拌摩擦焊技术可以实现低应力无变形焊接,且工艺适用性好,具有广阔的应用前景.     

1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术

针对1420铝锂合金平板对接和T形穿透焊接结构,开展了动态低应力无变形(DC-LSND,dynamically controlled low stress non-deformation)焊接技术的可行性研究;通过与常规TIG焊进行焊接应力和变形、接头组织以及拉伸性能的对比,分析了该技术实现应力和变形控制的原因.结果表明,采用动态低应力无变形焊接1420铝锂合金平板对接结构,能够有效地减小焊接应力和变形,并且对接头的拉伸性能没有影响,同时采用该技术可实现铝锂合金T形接头穿透焊的应力和变形的控制.     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接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,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

垫板散热条件对带热沉TIG焊焊接应变的影响

采用切条应力释放法研究了垫板的散热条件对钛合金薄板带热沉TIG焊焊接变形的影响。研究结果表明：钛合金TIG焊焊接过程中辅以导热能力强、散热条件好的垫板,可以减小近缝区纵向残余塑性应变的大小,改善纵向残余塑性应变的分布;随着垫板散热能力的降低,带热沉TIG焊缩小纵向残余塑性应变区的能力增强;采用散热条件好的铜垫板进行带热沉,TIG焊控制变形的效果较好。     

热沉对焊接残余变形的影响及参数优化分析

对常规的熔化极保护气体焊（MAG）和动态控制低应力无变形（dynamicallycontrolled low stress no-distortion,DC-LSND）MAG焊进行了数值仿真,并对实际的DC-LSND焊件进行了测量,数值仿真结果与试验结果吻合良好.以构架侧梁的焊接残余变形为研究对象,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析,得到了相应的最优方案.结果表明,最优参数下DC-LSND MAG焊控制焊接残余变形的效果明显.     

薄板T型接头双丝MAG焊接残余应力及变形有限元分析

采用ABAQUS模拟并分析6?mm厚T型接头双丝MAG焊的焊接温度场、焊后残余应力、焊接面外变形.约束条件分为两种:方案一,不对底板进行固定,焊接自由变形;方案二,焊接时对底板进行固定,冷却后解除固定.结果显示:在相同的热源下,两种方案的焊接温度场保持一致;方案一的角变形量较大,最大变形量约为1?mm,焊缝热影响区底板变形量约为0.2?mm,最大残余应力位于焊缝中心,约235?MPa;方案二的最大变形处位于焊缝中心,但面积较小,可忽略不计,故最大变形量位于底板焊缝热影响区附近,约0.3?mm,焊缝中心的最大残余应力约为180?MPa.由此可见,在T型接头焊接时,将底板进行固定,冷却后解除释放,可以降低焊接残余应力和焊接面外变形量.     

残余应力和变形在Q345D钢CO2气体保护焊接接头中的分布

基于有限元分析软件,采用数值模拟方法分析了Q345D低合金高强钢T型接头双面焊接残余应力和变形的分布.数值分析时,选择双椭球焊接热源模型,考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响,重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.研究结果可为同类素材的实际焊接提供理论借鉴.     

1050铝耐张线夹的焊接残余应力数值模拟

基于ABAQUS软件,研究了1050铝耐张线夹TIG焊接的热输入功率和焊接速度对焊接温度场和残余应力的影响,并利用试验数据验证了有限元程序的准确性。结果表明,热输入功率增大,焊缝温度升高,残余应力增大,焊接速度提高,焊缝温度降低,残余应力减小,相对于焊接速度,焊接温度场对热输入功率的变化更敏感,因此为保证焊缝质量,降低残余应力,提高焊接效率,可以适当增大热输入功率,提高焊接速度。焊接模拟结果可以为耐张线夹的焊接工艺参数设计提供理论指导。     

Stress and distortion mitigation technique for welding titanium alloy thin sheet

Abstract

A stress and distortion mitigation technique for Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) of titanium alloy Ti–6Al–4V thin sheet is presented. The proposed welding technique incorporates a trailing heat sink (an intense cooling source) with respect to the welding torch, and it is also called the Dynamically Controlled Low Stress No-Distortion (DC-LSND) technique. The development of this mitigation technique is based on both detailed welding process simulation using the advanced finite element technique and systematic laboratory experiments. The finite element method is used to investigate the detailed thermomechanical behaviour of the weld during conventional GTAW and DC-LSND GTAW. With detailed computational modelling, it is found that by the introduction of a heat sink at some distance behind the welding arc, a saddle shaped temperature field is formed as a result of the cooling effects of the heat sink; the lowest temperature exists in the zone where the heat sink is applied. High tensile action on the surrounding zone is generated by abrupt cooling and contraction of the metals beneath the heat sink, which increases the tensile plastic strain developed during the cooling process and decreases the compressive plastic strain developed in the heating process, and therefore mitigates the residual stresses and plastic strains within and near the weld. The experimental results confirmed the effectiveness of the DCLSND technique and the validity of the computational model. With a proper implementation of the DC-LSND technique, welding stress and distortion can be reduced or eliminated in welding titanium alloy Ti–6Al–4V thin sheet, while no appreciable detrimental effects are caused on the mechanical properties of welded joints by applying the heat sink in the GTAW process.     

2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.     

郁金香坡口焊接接头焊后TIG重熔数值模拟

针对高速转向架构架上新设计的郁金香坡口焊接接头,运用ABAQUS有限元软件对该形式接头多道焊和焊后TIG重熔处理进行了数值模拟,分别计算了多道MAG焊和焊后TIG重熔处理的温度场、残余应力场和应变,对比分析该接头形式MAG焊后和TIG重熔处理后在不同路径下的横向与纵向残余应力及应变分布.结果表明,TIG重熔影响区产生的...     

FSW接头残余应力分布及控制技术

对不同搅拌头、不同工艺参数条件下的搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形进行了测量和分析,在优化参数条件下,研究了动态控制低应力无变形焊接技术搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形及残余应力的影响。研究表明,减小搅拌头轴肩直径、降低焊接热输入有助于减小结构宏观变形;动态控制低应力无变形焊接技术有助于减小接头残余应力,但是对结构宏观变形的作用不是很明显。     

阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法.结果表明,采用该方法可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,焊后试件基本无变形.采用射流冲击热沉的动态低应力无变形搅拌摩擦焊接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊类似,但应力峰值明显降低,约为常规FSW接头应力峰值的45%,可以实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.该项技术可以提高一些铝合金材料FSW接头性能,具有较好的技术经济价值.     

GH3128合金激光焊接头组织与性能

采用激光焊方法对3 mm厚GH3128合金进行对接焊,研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响,同时与非熔化极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding,TIG焊)进行显微组织及力学性能的对比分析. 结果表明,在激光功率4 kW、焊接速度1.5 m/min和离焦量 + 3 mm的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝. 激光焊与TIG焊焊缝区组织均由奥氏体γ' + 脆性碳化物组成. 与TIG焊相比,激光焊焊缝区的组织晶粒细小,且分布于枝晶间和晶界处的碳化物尺寸较小,激光焊接头室温抗拉强度低12%,高温抗拉强度相近,室温轴向低周疲劳应力循环次数高4.5倍. 与TIG焊相比,激光焊接头室温抗拉强度低和低周疲劳性能高,主要是受焊接过程元素烧损和碳化物尺寸的影响.