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.     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

T2-Y/Q345异质材料焊接残余应力及变形数值模拟

利用ANSYS有限元软件基于APDL命令流对T2-Y/Q345异质材料平板对接接头的温度场、残余应力和横向收缩进行数值模拟计算. 同时,对焊接接头的温度、残余应力及横向收缩进行测量. 结果表明,与T2-Y侧相比,Q345侧存在较大的温度梯度. 沿焊缝方向,T2-Y与Q345侧横向应力和纵向应力分别为双驼峰状和帽状分布. 在垂直于焊缝的中央界面的上表面,纵向应力与横向应力在焊缝和热影响区的应力分布均不连续,并在Q345侧存在较大应力梯度. 此外,T2-Y/Q345横向收缩最大位置位于焊缝中间部位,且向两端逐渐减小. 数值模拟结果与试验结果相对比,两者基本吻合,验证了ANSYS有限元计算的可靠性.     

基于ABAQUS的镁/钢异种金属激光焊接的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对镁/钢异种金属激光焊进行数值模拟,研究焊接过程中温度场及应力场的分布规律,对比分析模拟结果与试验结果并进行验证,从热传递角度分析添加镍箔中间层对镁钢搭接激光焊的影响,对其进行温度场和应力场模拟.结果表明:模拟结果与镁钢激光焊的试验结果较为吻合,镍中间层减缓了钢侧向镁侧的热传递,使镁侧温度梯度减小;应力场模拟结果表明钢侧与焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,垂直于焊缝方向,钢侧与镁侧焊缝及热影响区域的残余应力以拉应力为主;在远离焊缝区域逐渐从拉应力转变为压应力,镁侧的应力转变趋势比钢侧较为缓和;在添加镍箔后,镁侧焊缝整体残余应力集中情况明显改善,应力过渡趋势减缓.     

异种钢2205DSS与Q345R焊接热过程模拟及组织研究

采用有限元分析软件模拟2205DSS与Q345R异种钢的焊接热过程,研究其熔合区的碳迁移程度,揭示了焊接热过程与碳迁移之间的相关性。结果表明,无论在热源加载阶段亦或是自由空冷阶段,温度场的中心椭圆并不对称,2205DSS侧的高温区域面积大于Q345R侧;Q345R侧碳迁移宽度从多层焊盖面到焊根GTAW焊缝的过程中越来越大,到了最下面的GTAW区,碳迁移宽度达到了27.5μm;Qt值随着焊缝层数的提高而逐渐减小,最底层焊缝碳迁移区的Qt值最大,其次为第二层,第三层的Qt值最小。     

304L/Q345R异种钢焊接数值模拟技术研究

Q345R和304L钢普遍应用在车辆、化工、船舶等领域,在工程实际中有时需要Q345R和304L钢的焊接。文中使用Ansys软件,选用高斯分布热源,建立了50 mm厚的Q345R/304L钢偏X形坡口焊接有限元模型,并对温度场与应力场进行了研究分析。结果表明：距热源相同距离时,304L钢材料温度上升速率明显大于Q345R钢的温度上升速率;高温时304L钢的冷却速度略微大于Q345R钢的,在低温时大致相同。焊缝区域应力明显大于母材区域的应力。Q345R钢侧的残余应力大于304L钢侧残余应力;304L钢侧最大应力可达241 MPa, Q345R钢侧最大应力可达327 MPa,焊缝区域最大应力可达380 MPa。沿板厚方向,在Q345R钢侧上下表面的Mises应力均大于250 MPa,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。304L钢侧上下表面的Mises应力均在20～30 MPa之间,试样中心部位的Mises应力约为150 MPa。Q345R钢侧所受的Mises应力明显大于304L钢侧所受的应力。焊缝上Mises应力情况较为复杂,最大达350 MPa,但最小应力仅为30～50 MP...     

基于Simufact.Welding的空间框架结构单层单道焊和两层三道焊数值模拟

使用焊接专用软件Simufact.Welding模拟了Q345空间框架结构的二氧化碳气体保护焊的单层单道和两层三道过程,得到了框架结构的等效应力和总变形量。结果表明:这两种焊接方法的等效应力和总变形分布极为相似,但单层单道焊缝的等效应力和总变形比两层三道焊缝小,两层三道焊的应力和变形分布区域更大。     

CLAM钢焊接残余应力与变形的三维数值模拟

基于ANSYS软件,对中国低活化马氏体钢(CLAM钢)TIG焊的焊接过程进行三维动态数值模拟,并对焊接温度场、焊缝中心线处残余应力分布以及焊件的角变形结果进行了分析。结果表明:在设定的焊接参数下2层焊缝均处于熔透状态,且热源分布关于焊缝中心对称;横向应力在起焊端和止焊端为压应力,中部为拉应力,纵向应力均为拉应力,而且模拟结果与试验结果吻合较好;盖面焊层焊完后的角变形明显比打底焊层焊完后的角变形大。     

钢-铝异种金属激光自熔搭接焊的数值模拟研究

利用SYSWELD有限元软件对钢-铝异种金属的激光自熔搭接焊进行了数值模拟,包括钢上铝下和铝上钢下两种搭接接头,比较了两种接头的温度场、特征点的热循环曲线、沿焊缝纵向和横向的焊接残余应力及残余变形分布。结果表明,激光焊起始时的温度瞬间超过材料的熔点;钢上铝下搭接接头的最高温度高于铝上钢下搭接接头的。温度模拟结果与测温试验结果吻合较好。铝板焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,钢板焊缝中心线上的残余应力以压应力为主。沿垂直于焊缝方向上,铝板在焊缝及附近区域的残余应力以拉应力为主,在远离焊缝的区域以压应力为主,而钢板在焊缝中心区域的残余应力为压应力,在焊缝两侧熔合区的拉应力达到最大值。这两种搭接接头中,铝板的焊接残余变形均大于钢板。在实际的钢铝焊接生产中,可以适当加大对铝及其合金的夹紧力。     

铝/钢电弧辅助激光熔钎焊接残余应力及焊接变形（英文）

采用热-弹-塑性有限元法对铝/钢异种金属钨极惰性气体保护(TIG)焊辅助激光对接熔钎焊接(A-LWB)过程进行数值模拟,考虑材料非线性、几何非线性和加工硬化的影响,与单激光焊接(SLWB)过程中温度场、残余应力和焊后变形进行对比。结果表明:数值计算得到的热循环、残余应力和焊接变形与测量结果吻合较好,验证有限元计算方法的有效性。与SLWB相比,A-LWB使得焊缝横向上的高温分布范围变宽,降低焊缝处产生的横向拉应力,缩小焊缝处纵向拉应力的分布范围,在一定程度上减小焊后变形。     

等离子弧焊Q345B和430不锈钢异种接头的微观组织与性能

摘要： 采用等离子弧焊对3 mm厚的Q345低合金钢与430不锈钢进行异种钢焊接,并对接头微观组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,当转弧电流为100 A时,等离子弧焊Q345B/430异种钢接头的焊缝组织为均匀分布的马氏体及针状铁素体,焊接接头综合性能优良。随着电流的增大,焊缝组织转变为粗大板条马氏体及铁素体。两侧热影响区组织均发生一定程度的粗化,且Q345B侧热影响区出现魏氏组织。焊接接头于焊缝处显微硬度最大,不同转弧电流条件下异种钢显微硬度分布趋势大致相同。不同转弧电流下,焊接接头抗拉强度均与430不锈钢相近,且均断裂在靠近焊缝的430母材侧,转弧电流为100 A时接头抗拉强度最大值427 MPa。焊接接头的耐腐蚀性能与焊接电流呈负相关趋势。 创新点： 试验结果为铁素体低合金钢与铁素体不锈钢异种钢接头的应用提供了工艺数据与支撑。     

Q345E薄板高频脉冲MAG对接焊工艺及数值模拟

文中针对板厚为3 mm的Q345E低合金高强钢的低应力、小变形焊接工艺进行研究。采用打底焊模式的高频脉冲加短路熔滴过渡形式和电弧冷焊方法进行焊接。利用ABAQUS有限元分析软件的热-弹-塑性法,进行焊接温度场、应力场与焊接变形仿真分析,并对焊接热循环、焊接残余应力与焊接变形的变化进行测试,结果如下：打底焊模式0 mm间隙工况与电弧冷焊模式1 mm间隙工况的焊缝成形形貌良好,无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷;在选择焊接方法时,0 mm间隙可选打底焊,1 mm间隙可选电弧冷焊;当试板正、背面受热不同,冷却过程中收缩程度也不一致,产生角变形,变形特征确定后,可通过减小热输入,减小正、背面受热差值来减小变形;纵向残余应力比横向残余应力相对较大,纵向残余应力正背面差值较小,横向残余应力正背面差值较大,应力场模拟特征与实测基本一致。     

焊接层数对焊接残余应力和变形的影响

以有限元分析软件ANSYS为平台,应用生死单元技术模拟焊缝金属填充过程,对Q345R钢材角接焊接接头单层焊、两层焊和三层焊的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟,并对模拟结果进行了对比分析。结果表明,随着焊接层数的增加,角接焊接接头的残余应力和变形都会减小。     

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.     

S31603和Q345R异种钢焊接工艺

某再生塔塔体由两部分组成,上部分材特Q345R,下部分材料S31603,其终止焊缝为S31603和Q345R异种钢焊接,在工艺评定弯曲试验时Q345R侧发生开裂.从选择合适的焊接方法、焊接坡口、焊接材料、焊接热输入、预热和层间温度等方面分析、探讨,并制作模拟件,确定合适的焊接工艺,保证了S31603和Q345R异种钢焊接接头的性能.     

输电塔GMAW-P焊接加固件残余应力的数值分析

综合考虑接头几何特征,基于热弹塑性力学机理,建立输电塔脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)加固构件残余应力的三维数值分析模型,该加固件由Q235和Q345角钢组合而成;利用ANSYS软件对加固构件焊接残余应力进行模拟计算并对其分布特征进行分析。结果表明:z方向(纵向)应力在焊缝区域存在较大拉应力,Q235和Q345角钢拉应力峰值高于两者屈服强度;x方向和y方向应力值相对较小,此外,Q235角钢和Q345角钢等效应力同样超过了两者的屈服强度,但高应力区域很小;随着距焊缝距离的增加,等效应力迅速减小。     

输电塔角钢搭接接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了角钢搭接接头焊接残余应力的三维数值分析模型,利用ANSYS有限元软件对Q235和Q345角钢搭接焊接残余应力场进行了模拟计算,并分析了其应力分布特征。结果表明:焊缝及附近区域存在应力集中,尤其是焊根附近;相较于x及y方向,z方向(纵向)残余应力峰值较大;Q235角钢z方向拉应力峰值高于其屈服强度,Q345角钢z方向拉应力峰值低于其屈服强度;而两角钢焊缝及附近区域的Von-Mises等效应力则都分别超过了两者的屈服强度。此外,两角钢残余应力分布存在差别,Q235角钢外侧表面应力较内侧小,Q345角钢则相反。     

填充材料对Q345/2Cr13异种钢焊接影响的数值模拟

基于焊接数值模拟专用软件SYSWELD,针对Q345/2Cr13异种钢在不通填充材料下焊接的温度场和应力场进行了数值模拟计算.结果表明,不同填充材料对异种钢焊接的温度场变化影响不明显,对残余应力分布影响较大,并实测焊接热循环曲线得到的数据与模拟结果基本一致.