拘束控制铝合金焊接面外变形行为分析

利用温度和变形实时测量系统,对5A12铝合金板拘束焊变形和外拘束力进行了试验研究,分析了拘束力大小和拘束释放对试板面外变形的影响.结果表明,施加不同的拘束力,试板焊后残余面外变形大小不同,适当的拘束可以有效地控制焊接变形;焊接结束拘束卸载后,焊接件变形出现不同程度的反弹;弹性同复是造成拘束焊残余变形的主要因素;拘束力大...     

拘束焊对接接头的平面外拘束力

合理采用拘束焊和反变形工艺措施，能有效地消除焊接残余变形，但是由于焊接结构应力应变场的复杂性，使得精确地计算拘束力、拘束长度和反变形很困难。本文应用弹塑性弯曲理论提出了一种消除焊接对接接头角变形的平面外拘束力的计算方法，计算了极限拘束力、拘束长度和反变形的量值，并通过试验验证了方法的有效性。     

不同厚度钢板对接焊缝残余应力和变形的数值模拟

基于ABAQUS有限元分析软件建立不同厚度钢板对接焊模型,考虑材料随温度变化的性能参数,并采用间接法进行热力单向耦合,得到焊接温度场及应力应变场计算结果,提取不同路径上残余应力及变形分布曲线,对比分析其焊接残余应力及变形分布规律。结果表明:焊件厚度对节点峰值温度有一定影响,从而改变压缩塑性变形并最终影响焊接残余应力及变形结果,不同厚度焊件焊接残余应力及变形的整体分布规律基本一致。     

拘束焊T形接头的拘束长度与面外拘束力

合理采用拘束焊与反变形工艺措施，能有效地消除焊接残余变形。但是由于焊接结构应力场的复杂性，使得精确计算拘束力、拘束长度和反变形量值很困难。研究表明，T形接头的角变形沿焊缝长度方向是变化的。在短焊缝情况下，可以近似认为角变形为常数。拘束焊时，焊缝与近缝区材料处于塑性状态，而距焊缝较远处的材料仍处于弹性状态。作者应用弹塑性弯曲梁理论提出了一种消除焊接T形接头角变形的面外拘束力计算模型，计算了临界拘束长度、极限拘束力与反变形的量值，并通过试验验证了计算方法的有效性。该方法可以推广应用于长焊缝的情况。     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

基于动态拘束的法兰片焊接变形数值模拟

外拘束对焊接变形的影响较大,是影响焊接变形的重要因素之一. 相比于传统的刚性拘束,动态拘束能够实时的反映外拘束力在焊接过程中的变化效果. 在两条焊缝多层多道交叉焊的情况下,建立多场耦合分析模型,利用弹簧单元模拟较低刚度夹具的变形所带来的动态拘束力效果,考虑了变形量对于拘束力的反馈. 从拘束刚度、拘束距离、初始拘束力以及拘束宽度4个因素来探讨焊件的变形情况,得出各因素下的变形规律,并利用回归分析对4个因素进行综合评价. 结果表明,4个拘束因素的增加都能不同程度的减小变形量,拘束刚度、拘束初始力、拘束宽度的影响趋势较为相似,且拘束初始力影响最大,拘束距离在其范围内影响趋势为线性,且影响性最小.     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

角变形动态过程试验研究

对低碳钢对接接头多层多道焊的角变形动态过程进行数据采集,得到了不同工艺及不同工件厚度条件下角变形与时间的关系曲线,并进行了分析.认为,角变形发生发展的动态过程复杂；多层多道焊时,每层焊缝角变形动态过程既有一定的规律,又存在差异;残余角变形是焊接过程中角变形增量不断累加的结果.     

铝合金薄板搅拌摩擦焊接残余变形的数值分析

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果,但已经影响到被焊薄板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形,以焊接实验条件为基础,建立了搅拌摩擦焊接三维有限元热力耦合分析模型.模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型,以及综合考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果,残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同,而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.     

NUMERICAL ANALYSIS ON THE RESIDUAL DISTORTION OF Al ALLOY SHEET AFTER FRICTION STIR WELDING

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果, 但已经影响到被焊薄 板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形, 以焊接实验条件为基础, 建立了搅拌摩擦焊接三维有限元 热力耦合分析模型. 模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型, 以及综合 考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果, 残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同, 而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.     

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.     

TC4薄壁件氩弧焊焊接残余应力及变形的数值模拟

基于SYSWELD专业焊接仿真软件,利用瞬态法对航空发动机TC4大型薄壁、多焊缝零件氩弧焊过程进行了数值模拟,分析了焊接线能量、夹具约束状态、焊接顺序3个因素对焊接温度场、焊接变形、残余应力的影响。结果表明：焊接变形随着线能量的增加呈指数增长;适宜的氩弧焊焊接线能量为310 J/mm;使用焊接工装约束可以有效减少焊接变形,但会导致焊接残余应力变大且残余应力分布区域更大;采用分散对称焊接的顺序焊接多焊缝零件可以降低零件整体变形。     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

Numerical Simulation and Experimental Investigation of Residual Stresses and Distortions in Pulsed Laser Welding of Hastelloy C-276 Thin Sheets

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步研究了拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接瞬态应力和塑性应变、残余应力及变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;拘束距离对瞬态塑性应变的大小有显著影响,进而改变了残余应力及变形的分布和大小。随着夹具拘束距离从20 mm减小到4 mm,除了纵向残余拉伸应力外,横向残余拉伸应力和位移的峰值以及角变形的大小都呈减小的趋势。相对较小的拘束距离可以作为抑制横向残余拉伸应力和角变形的高效低成本方法,但对纵向残余拉伸应力有不利影响。     

Numerical simulation about the effect of fixture on the welding stress and distortion of thin aluminum plate joints

The effect of welding jig on the welding stress and buckling distortion of thin aluminum plate joints was simulated by finite element method （FEM）. The results show that the restraint distance and the heat conduction ability of the fixture do have essential effects on the residual stress and distortion. The residual compressive stress and distortion will be increasing with the increase of the restraint distance, while the residual compressive stress and distortion will be decreasing with the increase of the heat conduction ability of the fixture.     

超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

细晶粒钢激光深熔焊接残余应力与裂纹关系分析

残余应力是导致细晶粒钢激光深熔焊时裂纹产生的主要机理之一,对焊接质量有较大影响. 文中基于细晶粒钢激光深熔焊实际焊缝金相组织建立热源模型,采用PDA-5500S岛津光谱元素分析仪提取细晶粒钢化学成分,基于吉布斯函数建立细晶粒钢的温度与流变应力耦合本构关系;同时,通过不同焊接参数下焊缝截面试验数据,在热源模型中设置跟踪点,获取焊缝中实时残余应力,研究不同温度下实时残余应力与细晶粒钢流变应力对焊接缺陷的影响. 结果表明,在相同温度下当实时残余应力高于材料流变应力时,焊缝内产生裂纹;合理提高焊接速度,可降低细晶粒钢焊缝实时残余应力,提高激光深熔焊接质量.     

基于实际熔敷形状的旋转电弧传感器数学模型

旋转电弧传感器数学模型是提高焊接质量、旋转电弧信号处理和焊缝偏差提取的理论基础, 焊接熔敷金属堆积形状是决定旋转电弧长度主要因素之一,影响其数学模型精确度. 采用双线结构光传感系统对焊接收弧阶段焊缝进行三维重建获得焊接熔池熔敷形状,运用单纯形法最优化电弧长度,在此基础上建立了旋转电弧传感器数学模型及仿真模型. 结果表明,该数学模型相对于假设的三角锥熔敷形状数学模型,消除了焊接过程工件变形引起的电流信号误差,减小了焊缝转角和焊缝偏差检测误差,提高了旋转电弧传感器数学模型精度.