采用固有应变法预测铝合金焊接变形

伴随焊接过程而产生的焊接变形和残余应力是影响焊接产品精度和性能的重要因素,至今仍然是工业生产中迫切需要解决的重要课题。目前常用的预测焊接变形的方法是三维热弹塑性有限元法,但是由于现有计算机计算能力的限制,还不能预测很多复杂结构的焊接变形。固有应变法是由日本学者提出的解决复杂结构焊接变形的方法,它忽略了整个焊接过程,直接将固有应变施加于壳单元上,经过一次弹性计算就可得到焊接变形。本文用三维热弹塑性有限元和试验相结合的方法获得了平板对接接头形式下的固有应变,运用固有应变法预测铝合金5052平板对接后的焊接变形,通过计算和试验相结合的方法验证了固有应变法预测铝合金焊接变形的可行性,结果表明,固有应变法能够较准确地预测焊接变形,且所用的时间短。     

焊接变形预测技术研究进展

焊接变形是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一，焊接变形的存在不仅影响着焊接结构的制造过程，而且影响着焊接结构的使用性能。一般认为，焊接过程中材料的不均匀受热、板厚方向的热梯度、材料的局部非协调塑性应变以及焊接残余应力的作用是产生各种焊接变形的根本原因。焊接变形预测方法大都基于有限元分析。文中详述了国内外有关焊接变形预测技术的最新研究进展，具体介绍了热弹塑性有限单元法、固有应变法以及基于传统有限元的优化设计法与人工神经网络模型等先进的焊接变形预测方法。     

基于固有应变法简体对接多道焊焊接变形的预测

对于全焊接阀体球阀，由于最后一道工序是焊接，为了确保焊后阀芯的转动和阀门的密封，焊接变形应该严格的控制，选择一个有效的方法准确地预测焊接变形，为焊前阀体的加工提供参考数据。采用了基于固有应变理论的有限元法预测与阀体结构相似的筒体对接多道焊的焊接变形。对于多道多层焊，轴向变形采用了分层计算的方法，径向变形进行一次计算。与试验测量的结果比较，计算值与测量值比较吻合，验证了固有应变法的准确性及可靠性，为阀体焊接工艺参数的优化和焊接结构的加工提供了重要的参考依据。     

基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测

对于全焊接阀体球阀,由于最后一道工序是焊接,为了确保焊后阀芯的转动和阀门的密封,焊接变形应该严格的控制,选择一个有效的方法准确地预测焊接变形,为焊前阀体的加工提供参考数据.采用了基于固有应变理论的有限元法预测与阀体结构相似的筒体对接多道焊的焊接变形.对于多道多层焊,轴向变形采用了分层计算的方法,径向变形进行一次计算.与试验测量的结果比较,计算值与测量值比较吻合,验证了固有应变法的准确性及可靠性,为阀体焊接工艺参数的优化和焊接结构的加工提供了重要的参考依据.     

基于焊接变形有限元分析的空调压缩机结构优化

建立了考虑相变的热弹塑性有限元法模型,针对敏感性参数如壳体高度、气缸材料性能、气缸与壳体接触状态以及气缸结构对压缩机焊接变形的影响进行了计算和讨论.气缸采用铸钢材料能有效降低压缩机滑片槽槽宽变形,压缩机壳体与气缸的接触状态对气缸变形有较大影响.为了提高计算效率,同时又能保证计算结果的准确性,进而采用了基于热弹塑性有限元法的固有应变法进行模拟.结果表明,固有应变法与热弹塑性有限元法及实测结果吻合较好,基于固有应变法的压缩机结构优化方法可以大大降低计算时间,这种方法可以应用于大型焊接结构的结构优化.     

基于固有应变法预测双丝CO_2气体保护焊液压支架顶梁变形

采用双丝CO2气体保护焊方法焊接30 mm厚Q690D钢板全尺寸液压支架顶梁.基于温度热源和热弹塑性算法对局部顶梁结构焊接变形进行计算,获得焊接固有应变,然后将固有应变施加在全尺寸壳单元顶梁模型上进行弹性计算,最终得到液压支架顶梁结构的焊接变形.结果表明,结合小结构模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能高效预测大型结构的焊接变形且能保证一定精度,预测的液压支架顶梁焊接变形结果与试验结果符合较好;液压支架顶梁的焊接变形主要为角变形,且两侧分布不对称.     

固有应变法在T型接头焊接变形研究中的应用

本文以固有应变理论为基础,介绍了两种固有应变模拟焊接变形的计算和加载方法,并通过对T型接头焊接变形的分析实例讨论了两种模拟方法的差异,并与相同实体模型热弹塑分析的变形结果进行比较,验证了固有应变法计算焊接变形的合理性与准确性,为预测大型焊接结构变形提供了参考方法。     

基于固有应变法低温钢对接多道焊焊接变形的研究

采用固有应变法计算SA203D低温钢平板多道焊焊后的变形分布,预测了焊接横向变形和角变形,并在此基础上计算了不同厚度筒体对接焊的变形情况,为SA203D钢焊接结构的制备和焊接工艺的优化提供了重要的参考依据。     

基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟

地铁作为一种重要的交通工具,在城市生活中起着越来越重要的作用,地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点. 选用3D高斯+双椭球热源,采用固有应变法,对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟. 在模拟现有约束情况的基础上,另外设计了3种约束情况. 结果表明,采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好,x,z向最大变形都出现在方案2中,分别为2.46和13.13 mm,y向变形稳定在1.63 mm左右;将变化率方差最大的角变形作为评价标准,得到方案4最合理,角变形最小为1.21°.     

基于固有应变法的激光复合焊车体侧墙焊接变形数值模拟

基于固有应变法,采用3D高斯+双椭球热源模型预测某高速列车8 m侧墙部件在不同焊接顺序和不同约束方式下激光复合焊的焊接变形。结果表明,该侧墙部件厚度方向变形受焊接顺序影响较大,优化焊接顺序可将侧墙厚度方向的变形降低约13%。焊接约束条件对侧墙部件弧面轮廓度及弧面弦长宽度影响较明显,对整体长度变化影响不大。该侧墙部件焊接首尾两端及中间部分实施合理约束可有效控制变形,相比于无约束,厚度方向最大变形降至25%,宽度方向最大变形降低至10%。经模拟结果与试验实测对比可知,该侧墙部件在其工艺条件下的热源模型选取有效、合理,测量点数值模拟与实际试验吻合较好,绝对误差小于1 mm。     

大型重载复杂轮廓真空室领圈焊接变形控制

窗口领圈是聚变堆真空室的关键部件,在与真空室窗口颈管焊接成一体后不能整体加工矫形,所以对窗口领圈制造精度和质量要求很高. 为获得较高的制造精度,采用相对于其它熔焊变形量较小、精度较高的电子束焊接对CFETR窗口领圈进行拼焊,根据固有应变理论计算出焊接的固有应变量导入软件,模拟窗口领圈在不使用夹具约束时四种拼焊方案的焊接变形情况,确定最优的焊接顺序和夹具约束方案,再对使用夹具约束时窗口领圈的焊接变形进行计算模拟. 结果表明,窗口领圈采用不同的焊接顺序,变形量也各不相同,夹具约束能有效减小焊接变形. 其结果为窗口领圈的实际拼焊过程提供了参考.     

考虑焊接顺序的电力机车枕梁焊接变形预测

根据枕梁实际建造工艺,利用基于固有应变理论为基础的焊接变形分析系统软件Weld-Sta对电力机车枕梁的焊接变形进行计算. 首先采用分步装焊模拟法,单独建立每一步的有限元模型,并设置相对应的焊缝,然后对每一步的焊接变形进行单独计算,再将各步结果进行叠加得到最终变形结果. 然后采用整体同时焊接模拟法,一次性计算整个模型的所有焊缝同时焊接后的变形,最后将两种方法的最终变形结果与实测数据进行比较. 结果表明,考虑分步焊接的方法更接近实测数据,从而验证了该方法的可靠性,为枕梁建造工艺的设计提供了理论指导.     

基于固有应变的大型焊接结构变形的预测

首先用热弹塑性有限元法研究了铝合金对接焊的固有应变的变化规律，得到了固有应变，即纵向收缩力Tendon Force，横向收缩和角变形与热输入参数Q／h^2之间关系曲线。在掌握了同有应变的变化规律的基础上，通过简化焊接结构，用弹性板单元有限元法，对大型铝合金机车车顶盖的部分结构的焊接变形进行了预测。研究表明，用基于固有应变的弹性板单元有限元法对大型焊接结构的焊后变形预测足可以实现的。     

结构刚度对薄壁箱型梁焊接变形的影响

目前基于工艺参数、焊接顺序和拘束度对焊接变形影响的研究虽多,但有关焊接结构刚度对焊接变形影响的研究仍较少。利用T形接头进行三维热弹塑性有限元分析,在试验验证其合理的基础上,利用逆解析法在瞬态焊结果中提取四成分固有应变数据,并基于固有应变理论的弹性有限元方法对薄壁箱型梁结构进行焊接变形预测,定量研究腹板间距和高度对焊接变形的影响。研究表明,腹板间距的增大在一定范围内使结构整体焊接变形减小,两者之间呈现一次函数关系;腹板高度的增加在一定范围内也使结构整体焊接变形减小,两者之间呈现二次函数关系。     

基于SYSWELD的地铁底架枕梁焊接变形的数值模拟

针对地铁枕梁采用的激光复合焊建立了相应的复合热源模型,并利用有限元软件SYSWELD进行求解。对枕梁在3种不同焊接顺序的方案下进行数值模拟,得到不同方案下各方向的变形量。结果表明,在不同焊接方案下,焊接变形分布情况基本一致,但产生的最大变形量有所不同;可以通过设计合适的焊接顺序来减小焊接过程中产生的变形。     

板厚对P70货车端墙焊接变形影响的数值模拟

采用固有应变有限元方法,求得整个端墙焊件的变形和残余应力,在不同板厚下比较端墙结构的焊接变形量大小。随着板厚的增加,P70货车端板焊接变形量减小,可以通过改变板的厚度来改变端墙结构的变形量。     

基于固有应变法的转向架构架焊接变形数值模拟

使用SYSWELD中的固有应变法对转向架构架进行有限元分析。采用三种不同焊接方向的方案对构架变形进行数值模拟,模拟得到每种方案下构架各方向上的焊接变形。结果表明,使用固有应变法能够对大型构件进行焊接模拟;不同方向下的焊接变形趋势一致,但在不同位置上构架的变形不相同;可以设计适当的焊接方向,使产生的变形和弯曲减小。     

弹塑性变形对不锈钢焊接构件低温时效的影响

对硅单晶炉炉盖内壁发生的腐蚀渗漏做了模拟试验。将塑性变形后经过不同温度低温时效，再对进行弹性变形的试样做了耐腐蚀能力的对比检验。结果表明，随时效温度升高，腐蚀裂纹没有减少反而增多，因此，经冲压或卷制造成大比例弹性变形的奥氏体不锈钢构件不宜进行300～450℃的低温时效处理。