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%.     

薄板焊接特征屈曲的数值分析

在薄板焊接中,由于局部加热和迅速冷却产生了沿焊缝方向的焊接收缩应力,而导致焊接薄板发生屈曲变形.本文采用以热弹性为基础的有限元数值模拟与薄板结构稳定理论相结合的方法,对薄板焊接屈曲变形进行计算机数值模拟,并且分析了约束类型、单元尺寸、长宽比对薄板焊接屈曲载荷的影响,最后得出焊接薄板的屈曲失稳判据.     

采用固有应变法预测超薄板的焊接变形

文中以汽车制造中常用的1 mm厚的薄板为分析对象,采用热-弹-塑性有限元分析了焊缝长度对固有变形分布特征的影响,通过比较热-弹-塑性有限元法及固有应变法预测的变形结果,定量分析了焊缝长度对固有应变法预测超薄板焊接变形时计算精度的影响.结果表明,当焊缝长度达到一定临界长度时,固有应变法可适用于板厚为1 mm左右超薄板焊接接头的焊接变形预测.     

TC4薄板随焊旋转挤压工艺

薄板钛合金由于在焊后存在较大的残余压应力,使得其易发生失稳变形.采用随焊旋转挤压方式,对焊缝高温部位进行塑性延展,减少焊接时所发生的塑性收缩量,降低残余压应力的值,从而降低焊接变形量.采用拉伸试验、拉伸断口SEM分析和焊后薄板的变形挠度的测量等试验.结果表明,随焊旋转挤压焊件的变形挠度可以下降到常规焊件挠度的2/3,并且随着加载应力的增加,变形的挠度可以进一步下降.说明在焊接过程中采用随焊旋转挤压方式控制薄板TC4失稳变形是可行的.     

大型客车侧墙薄板结构焊接变形的数值模拟

铁路客车侧墙薄板结构的焊接变形主要是焊后失稳变形,通过选择包括连续焊、电铆焊、断续焊和塞焊代表性的区域,利用热-弹塑性数值模拟与解析法相结合的方法,计算薄板结构的焊后失稳变形.结果表明,横向加强筋和纵向加强筋与薄板连接时所采用的断续焊和塞焊工艺是产生薄板失稳变形的主要原因.薄板自由边的存在明显降低失稳载荷,增大失稳变形量.对焊接变形进行了实地测量,模拟结果与测量结果相吻合,说明数值模拟具有可靠性.     

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.     

TC4钛合金薄板双侧激光角焊搭接变形研究

采用激光器焊接1.2 mm厚的TC4钛合金薄板,探索了焊接参数和台阶尺寸对双侧角焊搭接变形的影响。实验结果表明,焊接功率的改变对变形有较大影响,台阶会使搭接变形相对减小。焊接后钛合金薄板变形总体上呈现为扭曲状。当焊接功率为1.3 kW,焊接速度为3 m/min,离焦量为0时焊接变形最大,当焊接功率为0.9 kW,焊接速度为3m/min,离焦量为0时焊接变形最小。台阶的存在能减小钛合金的变形,当焊接功率为1.1 kW,焊接速度为3 m/min,离焦量为0时无台阶的钛合金薄板变形比有台阶时大。     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

Q345E钢薄板小变形焊接工艺

分别采用高频脉冲MAG焊的打底焊模式与电弧冷焊模式对板厚3 mm的Q345E薄板进行了3种工况的对接焊工艺试验,研究了薄板打底焊与电弧冷焊的小变形对接焊工艺与焊接接头的力学性能,进行了拉伸、弯曲、金相试验并分析了焊接缺陷的形成原因,总结了焊接残余应力及焊接变形的规律.结果表明,高频脉冲MAG焊适用于Q345E钢3 mm的薄板小变形对接焊,组对"0"间隙时,选用打底焊模式的工艺包;组对1 mm间隙时,选用电弧冷焊模式的工艺包.     

Investigation on twisting distortion of thin plate stiffened structure under welding

The welding distortion of thin plate was selected as research subject, which causes loss of dimensional control, structural integrity and increases fabrication costs for straightening. To study the characteristic of the welding distortion on thin plate structures, experiments were conducted. The test model was a thin plate stiffened structure and a large twisting distortion was observed. The welding distortion of the same structure was analyzed as a large deformation problem using a thermal elastic plastic FEM and an elastic FEM based on the concept of inherent deformation. The computed results by both methods showed the twisting distortion which is a typical buckling type deformation and the magnitude of this distortion agreed well with the experimental measurement.     

Influences of external restraint on welding distortion in low carbon steel bead-on thin plate joints

The out-of-plane deformation is a serious problem in thin-plate welded joint, and it is difficult to reduce or control the distortion during welding process.External restraint is regarded as an effective method to mitigate the distortion, and it is widely used in the actual manufacturing process.In order to investigate the influence of external restraint on welding deformation in thin plate joints, a thermo-elastic-plastic finite element method based on ABAQUS software was developed to calculate welding-induced deformation.Meanwhile, welding deformation in the thin-plate joints was measured by experiments.Through comparing the numerical results with the measured data, the effectiveness of the developed computational approach was verified.Based on the simulated and experimental results, the generation mechanism of the out-of-plane deformation in thin plate bead-on joint was discussed, and the influence of external restraint on the final welding deformation was clarified.     

Finite element analysis of controlling the TC4 thin plate weldment wave-like deformation by welding with impacting rotation

The new technology of welding with impacting rotation is put forward to decrease the wave-like deformation of the TC4 thin plate weldment.The thermal stress and strain are vital to understand the mechanism of controlling the wave-like deformation.In order to know the development of internal thermal stress and strain,finite element method is utilized for the stress and strain are difficult to be investigated by experimental methods during the welding process.Temperature field,thermal stress evolution and distortion of thin plate are compared with the test results such as weld thermal cycle,residual stress sectioning measurement,and the deflection of the thin plate respectively.By the finite element analysis and test results verification,the mechanism of the technology to control the wave-like deformation is brought forward,non-uniform thermal elastic strain between compressive plastic region and elastic extensive region is diminished by a certain amount of extensive plastic deformation by welding with impacting rotation process.     

随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理

从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板焊接变形的有效可行性,分析了随焊高速气流载荷对薄板应力演变规律的影响,阐明了其控制焊接残余应力及变形机理.基于有限元法分析了温度场及应力场,确定了气动载荷与热源作用距离这一关键因素,并获得了气体压力的合理有效范围.在自行研制的随焊高速气流场装置上进行试验验证.结果表明,当气动载荷作用距离为20 mm、气动载荷为30 MPa时,焊接失稳变形基本消失,焊缝中截面上的纵向残余拉应力峰值较常规焊下降了77.73%,残余压应力峰值下降了69.23%,板边变形最大挠度仅为0.9 mm,较常规焊的8.5 mm下降了89.41%.试验结果与模拟结果吻合良好,验证了随焊控制模型的正确性.     

计及焊接变形的薄板对接焊缝疲劳热点应力分析

为减轻重量及降低能耗,超大型船舶的上层建筑开始尝试使用薄板焊接结构. 然而现行的各国船级社规范不允许使用小于5 mm的薄板,其主要原因是薄板焊接变形对结构疲劳强度的影响机理尚未明晰. 以某在建巨型豪华游轮上层建筑的甲板分段为研究对象,通过三维激光扫描该对接焊结构实体并获取整体焊接变形数据,采用高阶多项式拟合得到该结构的初始焊接变形,利用通用有限元程序ANSYS对计及焊接变形的结构进行建模分析,并获取了焊缝周围疲劳热点应力的分布;提出了更加接近真实薄板焊接变形的拟合方法;探讨了焊接变形对疲劳热点应力分布的影响.     

航空发动机薄壁机匣疲劳裂纹修复焊接变形控制

分别采用恒定直流TIG焊、脉冲直流TIG焊、微束等离子弧焊等方法对航空发动机材料K4169试板进行了焊接试验,经测试脉冲直流TIG焊接头力学性能最优,采用该方法对机匣支板头通气孔附近的裂纹进行了修复试验,测试了裂纹所在支板头对应的内外环安装边的径向距离和距基面的距离,分析了热处理对焊接变形的影响.结果表明,机匣支板头通气孔附近的疲劳裂纹修复,导致机匣发生了径向伸缩和周向扭曲变形.热处理对于薄壁机匣疲劳裂纹修复后焊接应力的消减起到重要作用,可有效地减小焊接变形,保证装配精度.     

基于体壳耦合模型的钛合金薄板激光焊接变形分析

针对钛合金薄板激光焊接变形的数值模拟提出了一种高效体壳耦合模型,即在近缝区采用实体单元以充分表征焊接过程中板材厚度方向的热/力学不均匀性,在远离焊缝区采用壳单元建模以减小单元数量,在两种单元的界面建立接触并采用MPC算法进行焊接变形计算. 采用体壳耦合模型与三维实体模型分别计算了0.8 mm厚TC1钛合金激光焊接变形. 结果表明,两种模型的计算值均与试验测量值相近,但体壳耦合模型耗时仅为三维实体模型的30%左右,表明体壳耦合模型在保证计算精度的前提下能显著提高计算效率.