铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

316L不锈钢T型接头温度场与应力场数值模拟

运用SYSWELD模拟软件分析了316L不锈钢T型接头的温度场与应力场,并利用试验方法对模拟结果进行了验证。试验结果与数值模拟结果吻合良好,证实了模拟316L T型接头的可靠性。结果表明,T型接头截面温度分布由扇形分布向椭球状分布转变,且随着焊接道次的增加,温度分布区域增加;焊接时温度场沿焊缝中心呈对称分布,其焊缝区与母材区温度差异较大;第2道焊接的温度峰值明显最大,其腹板温度的峰值温度明显高于翼板的峰值温度,且随着离焊缝越远,其热循环曲线变化越小;不论是纵向残余应力还是横向残余应力,其沿焊接方向上均呈帽状分布,最大纵向残余拉应力出现在焊缝中部,而最大横向残余应力出现在靠近中部焊缝位置;垂直于焊缝的纵向残余应力和横向残余应力均表现出近焊缝区较大拉应力。     

水煤气变换反应器筒体焊接残余应力数值模拟与实验

为研究水煤气变换反应器筒体环焊残余应力的分布规律,利用ANSYS软件对含不锈钢复合层的筒体焊缝进行焊接残余应力的数值模拟,同时采用X射线衍射法对筒体焊缝进行残余应力测定。数值模拟结果表明,过渡层焊接残余拉应力远高于复层与基层,形成明显的应力梯度;残余应力在复层表面垂直于焊缝方向上均为压应力,且在焊缝中心压应力最大,沿焊缝方向上为拉应力,最大值出现在焊缝边缘部位;实验测量结果与数值模拟结果一致,验证了数值模拟结果的正确性。     

高速列车铝合金车体枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力分布特征

采用超声波法对铝合金枕梁部件搅拌摩擦焊(FSW)接头和熔化极气保护焊(MIG)接头分别进行了残余应力测量。结果表明,FSW固相焊接头的纵向应力和横向应力均为拉伸残余应力,其中纵向应力水平远高于横向应力。纵向应力在FSW焊缝两侧呈不对称分布特征,在搅拌头的前进侧应力值较高,而在返回侧应力值较低,最高应力位于前进侧的轴肩作用边缘处。MIG熔化焊接头在焊缝及近缝区的纵向应力和横向应力也为拉伸残余应力,且在MIG焊缝两侧呈对称分布特征,其中纵向应力高于横向应力,最高应力位于焊缝及热影响区。     

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。     

箱型搅拌摩擦焊结构残余应力超声波法测量

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力。针对箱型搅拌摩擦焊接结构,使用超声波法对其残余应力分布进行了无损快速测量。结果表明纵向残余应力分布在焊缝附近表现为较高的拉应力,在轴肩作用区域一定距离之外迅速下降并转变为压应力,横向残余应力很小,纵向残余应力峰值出现在前进侧一侧,搅拌摩擦焊接头焊缝两侧的纵向残余应力分布明显地表现出不对称性。分析认为搅拌焊接残余应力的分布特点由其复杂的材料流动和焊接温度场共同作用造成。     

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。     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

300M钢电子束预热与焊接复合加工后的残余应力测试

采用盲孔法测量了电子束预热与焊接复合加工300M超高强度钢板的残余应力分布。结果表明,垂直于焊缝方向的纵向残余应力以拉应力为主,横向残余应力以压应力为主,焊缝中心的最大纵向和横向残余应力分别为34.3和9.2 MPa;最大残余拉应力峰值出现在母材区,其应力值约为208.3 MPa,远低于母材屈服强度。沿焊接方向残余应力变化不大,可近似认为其分布基本稳定。     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

中厚板2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊接残余应力及微观组织演变

为了研究双轴肩搅拌摩擦焊缝内部焊接残余应力的大小及分布情况，本研究采用短波X射线衍射进行焊接件内部残余应力的无损检测分析；采用光学显微分析、显微硬度和电子背散射衍射（Electron Back-scattering Patterns,EBSD）对焊缝的前进侧和后退侧的母材、热影响区、热机械影响区和焊核区的组织结构演变进行了分析。金相观察结果显示双轴肩搅拌摩擦焊的接头组织在厚度方向上近似于对称分布，呈“腰鼓形”，焊核区与热机影响区的界面为近似双曲线，前进侧热机影响区的分界线更明显。EBSD扫描结果显示热影响区、热机械影响区均存在较强的形变组织；焊核区在剪切变形和焊接循环热的双重影响下发生了动态再结晶，主要为弱取向组织，小角度晶界含量较大。短波X射线衍射结果表明，双轴肩FSW焊接板内部板厚中心层，纵向方向残余应力均大于横向方向；沿着焊缝，拉应力较大区间位于距焊缝起始端150～250 mm的范围内，最大拉应力为244 MPa。     

中厚板机器人横焊接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了中厚板机器人多层多道焊三维热力学有限元模型。利用ABAQUS有限元分析软件对中厚板机器人横焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析。分析结果表明,接头表面的纵向残余应力在焊缝区域内表现为拉应力,在远离焊缝的母材区域内表现为压应力,且开坡口一侧母材区域的残余压应力值高于未开坡口侧;对于横向残余应力,接头表面表现为拉应力,且焊缝区域附近拉应力较高,焊趾处出现应力峰值。对于接头横截面,沿板厚方向上,焊缝区表现为拉应力;沿板宽方向上,近焊缝上下表面区均为拉应力,焊缝中心区域则表现为压应力。将模拟结果与盲孔法测试结果进行对比,两者较吻合。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

铝合金差厚板搅拌摩擦焊温度场及残余应力分析

根据搅拌摩擦焊特点,考虑米塞斯屈服准则以及搅拌针和轴肩产热,以厚度为2 mm和4 mm的差厚6061-T6铝合金板材为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,通过建立热源模型,对搅拌摩擦焊温度场与残余应力进行模拟分析。研究结果表明:差厚板焊缝两侧温度场分布呈不对称椭圆状;差厚板残余应力主要表现形式是纵向残余应力,且在垂直焊缝方向上呈"M"形双峰分布,焊缝中心线附近区域的纵向残余应力是拉应力,并向母材边缘逐渐转化为压应力。     

槽焊接头摆动焊热过程与残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元法对铝合金槽焊接头摆动焊过程进行了数值模拟,分析了其温度场与应力场的分布特征,探究了速度因素对焊接残余应力的影响。结果表明,槽焊接头摆动焊过程中焊缝中部温度要高于两侧;工件在中心焊缝区受纵向残余拉应力,焊缝两侧则转变为压应力;在焊缝尾部横向残余拉应力较大,尾部前端则存在较高的压应力;等效应力主要集中在焊缝附近,在焊缝尾部高应力区呈倒U形;横向与纵向残余应力峰值绝对值与焊接速度成正相关,与摆动速度则成负相关;等效应力具有相似的变化规律,且焊接速度的增加会减少焊缝区的应力峰宽度。     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

S355钢TIG焊有限元仿真分析

采用SYSWELD软件对S355低碳合金钢平板对接焊焊接过程进行温度场和应力场的有限元模拟。分析焊缝温度场、焊后相组成以及焊后残余应力分布,以优化焊接结构和工艺设计。结果表明,焊接过程中,熔池区域温度最高,母材区域温度较低。在焊缝处横向残余应力较大;焊缝处的纵向应力主要为纵向拉应力,随着与焊缝距离的增大,拉应力最后逐渐转化为压应力。在焊缝中心处,纵向拉应力的数值小于两侧的拉应力。     

苯酐冷凝器管子与管板焊接残余应力数值模拟及试验研究

为了研究苯酐冷凝器管子与管板焊接残余应力的大小和分布规律,采用有限元法对一台苯酐冷凝器的管子与管板焊接残余应力进行分析,同时利用X射线衍射方法对冷凝器管子与管板焊接残余应力进行测定。由有限元数值模拟结果可以得出,管子与管板的焊接残余应力围绕管子呈同心环形对称分布,在焊缝处出现最大焊接残余应力,并且管板焊接热影响区焊接残余应力显示环向承受拉应力,而径向承受压应力。试验结果与有限元数值模拟结果相吻合,表明了有限元数值模拟方法的正确性。     

S355管板相切T形接头残余应力数值模拟与试验验证

管板T形接头是轨道车辆转向架构架中应用较多的接头形式之一,各类吊座等均通过该接头形式与横梁进行连接,其焊接质量直接影响着转向架的稳定性和承载能力。文中以S355低合金钢作为试验材料,利用SYSWELD有限元软件,并结合多层焊的热力耦合特征,对管板相切T形接头焊后残余应力进行了耦合计算;采用X射线衍射法对管板相切多层焊T形接头的焊后残余应力进行了测试。对比分析模拟和试验结果表明:二者结果吻合良好,为实现工艺优化设计提供了基础。对于横向残余应力,最大残余应力出现在焊趾附近,且在垂直于焊缝方向的横向应力呈现出焊缝中心受拉应力和远离焊缝的管表面一侧承受压应力;对于纵向残余应力,最大残余应力也出现在焊趾附近,并在焊缝的中心位置处出现最大值,然后沿着垂直于焊缝方向逐渐减小。