考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.     

薄板T型焊残余应力数值模拟与试验研究

基于ABAQUS计算软件建立了薄板T型焊的三维有限元模型,采用Goldak双椭球移动热源模型,运用热-弹-塑性力学的顺序耦合计算方法模拟得到薄板T型焊的焊接残余应力、温度场及变形。为了验证数值计算方法的有效性,进行了Q235钢薄板T型双边焊接试验,采取通孔法测量了焊件给定测点的残余应力。结果表明:数值模拟得到的焊接残余应力峰值大小和分布规律与试验结果吻合较好。     

基于计算机技术铝合金7075激光焊接仿真分析

利用计算机分析技术对7075铝合金激光焊接过程进行了动态模拟与分析,在对激光焊接温度场进行数值模拟的基础上,分析铝合金7075薄板残余应力和变形.结果表明:采用激光焊接功率为4kW、焊接速度为20 mm/s时,其焊后变形为0.16 mm,焊后残余应力也相对较小,并没有超过铝合金7075的屈服强度455 MPa,这表明采用该激光焊接工艺能够成功实现7075铝合金的激光焊接,而不产生明显的焊接变形和过大的残余应力.     

基于直接耦合法的铝合金薄板焊接数值模拟研究

为了考察热力双向耦合对铝合金薄板焊接过程的影响,本文以商用软件ABAQUS为平台,以5052铝合金薄板对接焊为研究对象,对热-弹-塑性直接耦合法进行了研究。采用直接耦合法预测了铝合金薄板的温度分布、焊接变形及残余应力,并与间接耦合法计算结果进行了比较和分析。研究结果表明:采用直接耦合法预测的温度分布、焊接变形和残余应力均很好地再现了间接耦合法的预测结果,但计算时间略长;验证了完全热力耦合的三维有限元模型的可行性,反映出铝合金薄板焊接过程中应力场对温度场的影响较小。     

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.     

汽车变速器双联齿轮的激光焊接仿真分析

基于计算机仿真技术,利用三维高斯圆锥热源模型对汽车变速箱双联齿轮激光焊接过程进行数值模拟.采用纳米压痕法测量双联齿轮激光焊接后的残余应力分布,并与仿真结果进行对比分析.结果表明:建立的双联齿轮激光焊接仿真模型在一定程度上成功地实现了对双联齿轮激光焊接过程焊接温度场、残余应力的模拟,为优化双联齿轮激光焊接工艺提供了理论依据和指导.     

薄板焊接变形分析

通过建立的薄板焊接有限元模型,对薄板结构件焊接变形进行有限元模拟,并对获得的薄板焊接温度场分布、应力场分布和变形规律进行了分析.结果显示,在整个焊接过程中,焊接薄板的平均温度在逐渐升高,直至准稳态状态;焊缝区域产生了拉应力,焊缝区域周边的母材金属则产生压应力,远离焊缝区域其残余应力较小;焊接变形成“马鞍”型.     

冷轧薄板带激光焊接应力场模拟及焊接工艺参数研究

以DP980高强钢板带材为例,研究其激光拼焊过程中的残余应力、焊接变形与焊接工艺参数的关系,用热-力耦合的方法模拟带钢激光焊接过程,通过试验验证了模型的可信度.最后设置不同工况,分析焊接工艺参数对其残余应力及变形的影响.结果 表明:焊接残余应力与变形随着焊接速度的增大有减小的趋势,焊接速度在2.0～3.0 m/min时...     

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.     

Q345钢搭接接头焊接残余应力与变形的数值模拟

基于有限元分析软件SYSWELD,开发了用于模拟Q345薄板搭接接头温度场、应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法。以Q345薄板搭接接头为研究对象,建立了三维有限元模型,采用大变形计算方法对Q345薄板搭接接头的焊接温度场、残余应力和焊接变形进行数值模拟,详细分析了其搭接接头焊接残余应力的分布以及焊接变形的情况。结果表明,应力分布在接头处出现一定的波动,这是由搭接接头的接头形式决定的。于此同时,由于薄板的刚度小,焊件产生较大的变形,且两边的试件呈现出不同的变形形式。     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

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.     

K-TIG焊接接头的应力与变形

采用SYSWELD软件对Q345低合金钢板的匙孔型钨极气保焊（keyhole gas tungsten arc welding,K-TIG）焊接过程进行了模拟,选用了3种形式的组合热源对K-TIG焊接过程的温度场进行数值模拟,并与实际焊缝轮廓进行对比,发现采用上半部分双椭球热源和下半部分3D高斯热源的组合热源所得温度场与实际情况较为相似.并通过K-TIG焊接数值模拟,分别研究板厚、间隙和焊接速度对K-TIG焊接接头变形和应力的影响.结果表明,减小焊接板厚有利于减小焊后z向变形和横向残余应力,留出适当的间隙有利于减小焊后残余应力,增大焊接速度有利于减小焊后变形,但不利于控制焊后残余应力.     

电火花堆焊温度场、应力场的二维与三维数值模拟

国内有文献报道，用电火花表面堆焊技术精密修复失重型失效零部件，但对其表面堆焊温度场、应力场的模拟并未系统研究，本文运用有限元软件ANSYS对电火花堆焊的温度场、应力场分别建立二维与三维模型，进行焊接过程模拟，并计算出了温度场、残余应力场的分布及残余变形的状况。二维计算得到的应力数值范围是-9MPa～57．5MPa，三维计算得到的应力数值范围是-12MPa-52MPa，并对二维模型进行残余变形分析，计算得到最大变形为0．861E-6m，证明了电火花堆焊这种精密修复工艺的优良性。     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场,分析残余应力产生的原因和规律,对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明:异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似,但分布区域较窄;薄板残余应力场与厚板分布相似,但残余应力值范围较大。     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场，分析残余应力产生的原因和规律，对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明：异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似，但分布区域较窄；薄板残余应力场与厚板分布相似，但残余应力值范围较大。     

API X65管道深水铺设GMAW横向焊接温度场

为了应对管道深水铺设GMAW横向焊接熔池下坠、窄坡口、无衬垫等挑战,建立了管道三维模型并进行了网格划分,利用材料软件生成了API X65温度场材料数据库,通过模拟温度场云图与实际焊缝截面的匹配校核了Goldak双椭球热源模型,管道焊接温度场分布SYSWELD软件模拟结果与实际焊接过程相符合. 建立了焊接温度场测试系统,通过背孔法埋设的热电偶测量了API X65管线钢平板焊接的热循环曲线. 测试曲线与SYSWELD仿真曲线具有相同的温度升降趋势,上板节点温度也均明显低于下板节点温度. 采用焊缝截面平均热循环曲线作为热源进行了多道焊模拟,并进行了试验. 结果表明,多道焊焊接变形是由焊接工艺参数与残余应力释放共同确定的.     

Study on stress and deformation of keyhole gas tungsten arc-welded joints

Keyhole gas tungsten arc welding(K-TIG)of Q345 low alloy steel plates was simulated by using SYSWELD software.The temperature field of the K-TIG welding process was simulated with three different combined heat sources and was compared with the weld profile that was obtained experimentally.The temperature field that was obtained by a combination of a double ellipsoid heat source on the upper half and a three-dimensional Gauss heat source on the lower half was similar to the real situation.The effects of plate thickness,gap and welding speed on the deformation and stress of the K-TIG welded joints were investigated by K-TIG welding numerical simulation.A reduction in the thickness of the weld plates reduced the z-direction deformation and transverse residual stress;an appropriate gap reduced the residual stress and an increase in the welding speed reduced deformation after welding,but did not help to control the residual stress after welding.     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象,基于SYSWELD有限元分析软件,根据热-弹-塑性理论,建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型,对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算,并进行了试验验证. 模拟结果表明,窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小,不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域,约为130 MPa;靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比,残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致,可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.