中高碳钢试样堆焊冷却过程应力场数值模拟

采用红外热像仪和X射线应力仪分别测定了中高碳钢堆焊过程的温度场和残余应力场，根据实验数据和材料的物理、力学参数，采用二维有限元计算方法，建立了堆焊应力场模型，根据这一模型，对堆焊冷却过程应力进行了数值模拟分析。模拟结果表明：在堆焊冷却过程中，当发生马氏体相变时，试样表面出现压应力，随着冷却时间的延长，试样表面开始出现较大的拉应力，并保持到室温。     

马氏体相变对堆焊冷却切向应力影响的数值模拟

采用红外热像仪和X射线应力仪分别测定了热轧辊钢堆焊过程的温度场和残余应力场,根据试验数据和材料的物理、力学参数,采用二维有限元计算方法,建立了堆焊应力场模型,对切向残余应力进行了数值模拟,模拟结果与测量结果相吻合,证明所建立的模型有效性.根据这一模型,对热轧辊钢堆焊冷却过程发生马氏体相变前后切向应力进行了数值模拟.模拟结果表明,在堆焊冷却过程中,当发生马氏体相变时,试样表面出现切向压应力,随着冷却时间的延长,马氏体数量增多,试样表面开始出现较大的切向拉应力,并保持到室温.     

电火花精密堆焊的残余应力及其数值模拟

分析了电火花堆焊的热作用特性与残余应力产生原因；建立了基于焊接热源等效转换与加载方法的电火花堆焊的温度场与应力场计算模型。用ANSYS有限元分析软件进行了残余应力场的数值模拟计算，与实测结果较吻合，其最大应力值未超过试验材料屈服极限的1/7。     

焊接热过程和冶金过程

小截面薄壁方管并行焊接温度场及变形的数值模拟;高温合金电子束焊接温度场数值模拟;X80管线钢焊接热影响区的二次脆化研究;厚板焊接温度场解析解分析;焊接热循环对X80管线钢粗晶区组织性能的影响;热输入对TCS不锈钢焊接热影响区组织的影响;电火花堆焊温度场、应力场的二维与三维数值模拟。     

焊接热过程和冶金过程

小截面薄壁方管并行焊接温度场及变形的数值模拟;高温合金电子束焊接温度场数值模拟;X80管线钢焊接热影响区的二次脆化研究;厚板焊接温度场解析解分析;焊接热循环对X80管线钢粗晶区组织性能的影响;热输入对TCS不锈钢焊接热影响区组织的影响;电火花堆焊温度场、应力场的二维与三维数值模拟。     

电火花精密堆焊的残余应力及其数值模拟

分析了电火花堆焊的热作用特性与残余应力产生原因;建立了基于焊接热源等效转换与加载方法的电火花堆焊的温度场与应力场计算模型。用ANSYS有限元分析软件进行了残余应力场的数值模拟计算,与实测结果较吻合,其最大应力值未超过试验材料屈服强度的1／7。     

核级支管座焊缝结构堆焊修复数值模拟及分析

为优化核级支管座焊缝结构的OVERLAY堆焊修复工艺,基于有限元分析软件Abaqus建立三维有限元模型,结合双椭球热源、生死单元技术,采用热-力顺序耦合计算方式对堆焊修复过程进行数值模拟,研究了结构在堆焊修复过程中温度场、焊接变形及残余应力的分布特性.基于计算结果开展了堆焊影响因素的分析,结果表明在原焊缝结构内侧形成了...     

自蔓延陶瓷焊条堆焊温度场与残余应力场数值模拟

利用自制的TiC-Ni自蔓延陶瓷焊条,采用氩弧焊技术在钢表面制备了金属陶瓷堆焊层。建立计算堆焊层温度场及应力场的数学模型,采用有限元分析软件分析了堆焊金属陶瓷过程的温度场及残余应力场分布及堆焊层温度场的变化。对焊层残余应力变化规律进行了模拟,并通过模拟检验了堆焊层残余应力的连续性和缓和性。     

核电管道安全端异种金属焊接接头表面堆焊的有限元分析

根据热弹塑性有限元分析原理,建立核电管道异种金属焊接接头表面堆焊修复的有限元模型。应用ANSYS软件模拟某核电厂稳压器安全端接管堆焊修复试验过程,计算分析焊接温度场和应力场及焊接残余应力。结果表明,焊接过程中的不均匀热过程直接引起了复杂的应力状态。焊接过程中,环向应力变化比轴向应力快,环向残余应力比轴向残余应力大。堆焊后,在原管道内表面原焊缝附近形成了压缩残余应力,沿半径方向残余应力由拉应力逐渐向压应力过渡。     

激光冲击电火花堆焊焊缝表面的有限元模拟

为了探究激光冲击强化对电火花堆焊表面应力状况的影响,采用有限元分析软件ANSYS模拟电火花堆焊焊接过程,计算得出了焊接残余应力场的分布。在此基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件、进行了激光冲击堆焊焊缝表面的有限元模拟。结果显示:焊缝区域、热影响区域和基体残余应力经激光冲击处理都有明显的改善,焊缝区残余拉应力有效减少或消除。模拟结果与实验结果相吻合,这为有限元软件对焊接修复及激光处理工艺参数的优化提供了可靠的依据。     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。激光焊接线能量增加时，纵向残余应力拉伸区域变宽，峰值应力降低，而横向残余应力随线能量的增加而升高。在临界焊透规范以上焊接时，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

激光冲击对电火花修复SiCp/Cu复合材料裂纹力学性能的影响

利用钕玻璃激光冲击强化设备对经电火花堆焊修复的 SiCp/Cu 复合材料裂纹进行了激光冲击强化处理,研究了激光冲击强化处理对电火花堆焊修复裂纹的影响.用 X 射线应力仪测定了沿垂直焊缝方向表面残余应力的分布状况,用微机控制电子万能试验机测量拉伸性能,用显微硬度计测试了焊缝表面的显微硬度.结果表明,当激光脉冲能量为 35J,激光光斑直径为 5mm 时,激光冲击强化处理可以减小或消除焊缝表面残余拉应力,提高经电火花堆焊修复的 SiCp/Cu 复合材料裂纹试样的抗拉强度,还可以提高堆焊焊缝表面显微硬度.

Abstract：

The crack of SiCp/Cu composite weld restored by electro-spark overlaying was processed by Nd: glass laser, and effects of laser shock processing on the electro-spark overlaying weld crack were analyzed. Surface welding residual stress distribution alone the transverse direction of the weld was investigated by X-ray diffraction techniques, the tensile strength of the weld was investigated by strength test, and the micro-hardness distribution of the weld surface was measured with a micro-hardness tester. The results show that when laser power is 35 J and laser spot diameter is 5 mm, the laser shock processing can reduce the welding residual stresses,which even change from the tensile stress into compressive stress,and improve the tensile strength and the hardness of SiCp/Cu composite weld restored by electro-spark overlaying.     

电火花沉积钨涂层的温度场和残余应力有限元模拟

目的 通过模拟钢基体表面电火花沉积钨涂层过程中的熔池区域温度场变化及其残余应力分布,以便更好地理解电火花沉积钨涂层的工艺过程,得到钨涂层成膜过程中的温度场分布和残余应力形成机制.方法 采用电极低速旋转与上下点动相结合的电火花沉积工艺,由点到线、再到面的沉积顺序,在钢基体表面均匀制备抗烧蚀钨涂层.同时,采用ANSYS仿真...     

铸件三维温度场及热应力场数值计算及实验研究

铸造系统凝固过程温度场、热应力场数值计算正在推动铸造业的发展。对铸件三维温度场、热应力场有限元模型进行分析,建立了基于ANSYS软件的铸件三维温度场及热应力场分析程序,并对应力框进行模拟,计算结果与实测值吻合。表明用数值计算法分析铸件凝固过程的温度场、热应力场是行之有效的。     

连续驱动摩擦焊接过程的三维与二维数值模拟对比分析

建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维和二维刚塑性热力耦合模型.在三维模型中考虑了摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程的影响.计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程的温度场、应力场及变形场.将三维模型计算结果和二维轴对称模型的计算结果及试验结果进行综合对比分析.研究发现,三维模型和二维轴对称模型的温度场计算结果相差不大,并且都和试验结果吻合得很好;但与二维轴对称模型相比,三维模型由于考虑了环向摩擦力,其等效应力计算值更大,也更合理,其飞边形状和轴向缩短量的计算结果更接近试验结果.三维模型能更好地模拟摩擦焊接过程.     

316不锈钢超薄板脉冲激光焊残余应力及变形

在超薄金属板焊接过程中,残余应力及变形对产品质量有重要影响.文中研究了316不锈钢超薄板（厚度为70 μm）脉冲激光焊接过程的残余应力和焊接变形.采用热-弹-塑性有限元法和半椭球移动热源模型,考虑模型的几何和材料非线性因素,采用顺序耦合的方法对超薄板结构的温度场、应力-应变场进行模拟.采用光纤激光器对70 μm的316不锈钢板进行焊接,用红外测温仪对特征点热循环进行测量,用激光位移传感器测量了焊接变形,用X射线衍射应力测试仪测试了残余应力.结果表明,温度场、残余应力、变形的模拟计算结果与试验结果吻合.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析.结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,...     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

大型框架结构堆焊过程的动态应力及残余应力分析

对大面积激光熔覆和MIG堆焊过程中结构动态应力演变行为进行了研究.结果表明,激光熔覆过程在结构中引起的动态应力值较小,远小于结构的屈服强度.MIG焊堆焊过程中动态应力最大值出现在立柱中部位置,最大拉应力为311.27MPa,已超过材料的屈服强度;焊后对结构宽度方向的尺寸进行了测量,比原始尺寸增加了0.4mm.用盲孔法测试了堆焊前后结构的残余应力,无论是激光熔覆还是MIG堆焊,堆焊层局部残余应力均比原始应力有较大的增加,最大应力值均在220MPa左右.