焊接顺序对Q345qD钢厚板焊接接头残余应力和变形的影响

基于ABAQUS有限元软件的热弹塑性分析方法,分析了32 mm厚Q345qD钢对焊接头在熔化极气体保护焊下的残余应力和残余变形。结合试验测试和数值模拟,研究了4种不同焊接顺序对焊接接头残余应力分布和残余变形的影响。采用ABAQUS软件中的单元生死技术模拟焊接过程,热源模型采用双椭球体积热源。结果表明,数值模拟结果与试验结果相符,改变焊接顺序对温度场影响不大,两侧焊道单次交替焊接相比两侧焊道多次交替焊接的横向残余应力整体应力较小,最大值从356 MPa降到278 MPa,降低了21.91%;而两侧焊道多次交替焊接的纵向残余应力整体应力较大,纵向残余应力最大值从303 MPa升到368 MPa,增加了21.45%。与两侧焊道单次交替焊接相比,两侧焊道多次交替焊接的厚度方向变形较小,最大值从1.67 mm降到0.04 mm,降低了97.60%。     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

焊接顺序对薄壁箱梁变形和残余应力的影响

为了优化起重机用Q345材料薄壁箱梁结构的焊接顺序,采用有限元热弹塑性分析方法对不同焊接顺序的焊接变形和残余应力进行了数值模拟。定量描述了焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。通过对比分析,总结了焊接变形和残余应力的变化规律,提出了薄壁箱梁结构的最优焊接顺序。结果表明,采用同时同方向分段退焊的焊接顺序,并按照图5中方案三或四进行施焊,可有效控制薄壁箱梁结构的焊接变形和残余应力。     

焊接应力应变与变形的数值研究进展

综述了焊接应力应变与变形的数值模拟的新进展，介绍了焊接应力应变的形成机理和数值分析的理论发展，并讨论了建立模型的一些重要的要求和模拟分析的关键技术。     

数值计算模拟工艺参数对电子束焊接残余应力的影响

电子束焊接残余应力的实测需要花费大量成本,因此采用数值模拟其焊接残余应力的大小和分布具有重要意义.利用三维有限元分析程序,建立了TC4钛合金板电子束焊接温度场和残余应力场的有限元分析模型,着重分析了高压和中压两种工艺参数对其接头焊接残余应力的影响.旨在探讨不同工艺参数对电子束焊接过程的影响规律,从而优化工艺,降低成本.计算结果表明,采用中压参数焊接的电子束焊接接头残余应力的峰值比采用高压参数的接头残余应力峰值高;而且其残余应力分布更集中于焊接接头中段.     

基于数值模拟技术制定汽车结构件的焊接工艺

汽车结构件焊后产生的焊接应力、焊接变形对产品的使用寿命、尺寸精度及零件的后序装配影响很大。通过数值模拟技术可以选择合适的焊接工艺方案,找出焊接应力、焊接变形对结构最有利的焊接工艺,从而使被焊总成的寿命提高、尺寸精度满足要求。文中以典型的汽车底盘件为例,利用数值模拟技术分析不同焊接顺序、焊接方向对结构中焊接应力、焊接变形的影响,并进行了试验验证。通过该项研究找到了一种采用数值分析技术制定汽车结构件焊接工艺的方法,有利于汽车结构件产品开发中设计工艺方案,提高产品开发进度。     

热源形状参数对薄板焊接残余应力和变形的影响

采用热-弹-塑性有限元方法模拟焊接残余应力和变形时,对于移动热源模型形状参数的选取,在大多数情况下大都是根据研究者的经验来确定.然而对于热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响尚不十分明确.基于ABAQUS有限元软件,以高强钢SM490A单道TIG焊为例,通过建立三维有限元模型和采用双椭球体积移动热源模型,研究了热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,热源模型形状参数对焊接残余应力影响较小,而对焊接变形,尤其是对角变形有一定程度的影响.     

预置应力对圆筒纵缝焊接变形影响的数值模拟

利用有限元分析软件模拟了厚度为5mm的5A06铝合金圆筒纵缝焊接过程.对残余应力在整个简体上的分布进行了定量的描述,并进行了试验验证.通过加载的方法,在圆筒上施加一定的预置应力,使之产生的拉伸塑性变形与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩性变形部分抵消,达到控制焊接变形的目的.结果表明,该方法能有效控制圆筒纵向收缩及角变形.     

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.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

壳单元应用于薄板多道焊焊接数值模拟的方法探讨

针对目前薄板焊接残余应力有限元数值模拟中效率不高的情况,采用基于薄壳和复合层理论的壳单元来取代3D实体单元进行薄板多道焊数值模拟以预测残余应力方法的尝试,通过使用定义壳单元截面材料点数鼍来表征薄板厚度,在热分析中依靠解析方法得到温度分布,使用ABAQUS及多个用户子程序来完成力场残余应力分析的实现,通过与传统的3D单元模型计算薄板多道焊模拟的结果分析可知,采用复合层壳单元进行较为复杂的薄板焊接模拟效率相对较高,而精确度并没有下降.     

钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

RPV顶盖和CRDM管座焊接残余应力三维数值模拟

制造了反应堆压力容器顶盖和控制杆驱动机构(CRDM)管座贯穿件J形密封焊模拟件,测试了焊接过程温度和焊后残余应力;采用分段移动温度热源模型和热力耦合方法实现了三维焊接温度场和应力场的高效计算,并与试验结果进行了比较;基于模拟的三维残余应力场研究了J形密封焊的应力分布特征. 结果表明,采用的模型和方法能实现J形密封焊残余应力的高效数值计算,计算和试验结果符合较好;J形密封焊缝上的纵向应力大于轴向应力,贯穿件内外壁应力不均匀,焊缝和贯穿件坡上和坡下区域的应力大于侧坡区域应力.     

天然气管道在役修补焊接过程的数值模拟

文中采用MSC·Marc软件对天然气管道在役修补焊接过程进行数值模拟. 采用的焊接方式为钨极惰性气体保护焊. 焊接过程中熔池底部未熔化材料受高温后强度降低,管道内部的压力易导致其失效. 温度场分析结果表明,当焊接电流为220 A时,管道内壁温度峰值为1 131 ℃,低于管道材料的熔点,该温度下材料的屈服强度远高于管道内压. 当焊接电流介于240~260 A范围时,容易发生焊透缺陷. 盖板周围为封闭环焊缝,其应力场相比于直焊缝较复杂,模拟结果显示其等效残余应力分布不对称,在焊缝的收弧区域出现峰值,220 A焊接电流下为212.3 MPa. 盖板沿着管道径向方向发生收缩变形,最大变形量为1.79 mm.     

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接,开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题,并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明,该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件,在焊缝最大网格尺寸为2 mm时,计算效率和精度匹配效果最佳,有限元计算结果与试验测量结果吻合良好,证明该有限元模型的合理性。     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

双相不锈钢管道全位置焊接残余应力三维有限元数值模拟

以热弹塑理论为基础，利用ANSYS非线性分析有限元程序，对双相不锈钢管道接头环焊缝残余应力进行三维数值模拟。建立了管道全位置焊接瞬态温度场和应力场三维移动热源模型，获得了环焊缝焊接接头轴向和环向残余应力的分布规律：在管道接头内表面的焊缝及近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力，随着离开焊缝距离的增加，由拉应力逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力，而环向残余应力为拉应力。从环向位置上的应力变化规律可以看出正半周和负半周的应力分布具有明显的对称性。研究结果为优化生产工艺，控制残余应力提供了理论依据。     

炸药截面尺寸对爆炸消除焊接残余应力效果的影响及数值模拟

通过对爆炸消除焊接残余应力过程中炸药爆炸产生的冲量进行理论分析,解释了在相同炸药参数及布药方式条件下,条状布药的药条宽度比药条厚度对爆炸消除焊接残余应力效果影响更大的现象;同时确定了药条宽度与药条厚度之间的关系,给出了药条宽度的计算式。在对焊接温度场和应力场进行间接耦合求解焊接残余应力的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元分析软件对不同药条截面尺寸炸药爆炸消除焊接残余应力的过程进行数值模拟,模拟结果表明,当条状布药的药宽相同且大于两倍的药厚时,随着药厚的增加,爆炸产生的冲量不变,焊接残余应力消除量基本相同;当条状布药的药厚相同时,随着药宽的增加,爆炸产生的冲量增加,焊接残余应力消除量增加。     

Q345R钢焊接接头不同部位补焊残余应力的有限元分析

Q345R钢由于具有良好的性能而广泛应用于压力容器与管道的制造,其焊接接头部位常出现裂纹,焊接残余应力是主要影响因素之一.利用有限元软件ABAOUS,开发了一个顺次耦合的热应力计算程序,对焊接接头焊缝区域与热影响区补焊的残余应力分布进行了数值模拟,得到了补焊残余应力的分布位置及大小.结果表明,补焊后,残余应力值比焊态下残余应力值有所增加,纵向应力和横向应力值增加幅度不同.为此,对实际补焊修复提出了建议,为优化补焊工艺、控制残余应力提供了参考依据.