厚板对接接头多层多道焊有限元模拟研究

以X70钢厚板对接接头多层多道焊为研究对象,利用MARC软件中的生死单元技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊取样点的热循环曲线、试样件的变形和应力曲线,然后对其进行分析,并采用塞尺测量验证仿真结果。结果表明,每个焊缝都会受到后焊接过程的热作用,有多次热循环;沿焊接方向对接接头的自由端发生了明显的角变形,焊接变形最大值为4.984 mm;焊接仿真变形结果与测量结果趋势一致,误差最大为4.54%;焊缝受到其后焊接的多次热循环作用,有多次应力循环,对生产有重要的指导意义。     

未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

厚板多层多道焊角变形分析方法

角变形一直是厚板多层多道焊过程中的突出问题，然而有关这方面的研究报道并不多见。作者对多层多道焊角变形的预测方法进行了分析，对已有的有关多层多道焊角变形经验公式进行了总结。在此基础上，提出了一种多层多道焊角变形的分析方法。应用基本的力学公式，结合焊接变形产生的原因，分析并推导出计算多层多道焊角变形的公式。最后，对厚板低碳钢单面V形坡口多道焊以及厚板高强铝合金双面V形坡口多道焊的角变形进行了实例分析。     

考虑金属逐步填充的多道焊温度场数值模拟

采用“单元死活”有限元技术自行编制了控制焊接过程金属填充的子程序,利用Marc有限元软件以低碳钢为例进行了三维多道焊温度场的数值模拟。实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,温度场计算结果与试验测量值十分吻合。将计算结果与未考虑材料逐步填充的多道焊计算结果进行了比较。结果表明,是否考虑金属逐步填充对多道焊计算结果影响很大,在多道焊次数较多时不可忽略。为更准确的多道焊应力分析打下了基础。     

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由于不同型号的不锈钢具有不同的抗腐蚀能力及其他物理特性,为保证在不同环境下使用合适性能的不锈钢产品,需要对不锈钢进行成分分析.采用便携式X荧光光谱分析仪,利用经验系数法建立了不锈钢中常见的Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Mo九个元素的定量分析方法.结果表明,使用便携式能量色散X射线荧光光谱仪对不锈钢中主要元素进行含量分析并对样品牌号进行快速分析是一种对样品快速分析的测试方法,值得在实际分析中推广.     

多层多道焊焊接工艺数值模拟技术

利用ANSYS软件中的单元"生死"技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊时不同取样点的热循环曲线。同时,利用红外热像仪对实际焊接过程中试件上相应位置进行测量,得到具体位置的实际热循环曲线,比较实测热循环曲线与模拟热循环曲线的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的,能够对实际焊接过程起到指导作用。     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

多点压机成形与多道次多点模具成形的数值模拟研究

变形路径对于板材的成形质量有着重要的影响。多点压机成形和多道次多点模具成形充分利用多点成形的柔性特点,实现了对板材变形路径的控制。文章通过有限元数值模拟研究了这两种成形方式各自的特点和规律,并进行了比较。结果表明,多点压机成形和多道次多点模具成形,都能够优化板材变形路径,使变形均匀,有效地抑制起皱,提高板材变形能力。在同样条件下,多点压机方式好于多道次成形,但当多道次成形道次逐渐增多时,成形质量接近于多点压机成形。多点压机成形是理想化的成形方式,但设备造价昂贵,多道次多点模具成形可以近似实现多点压机成形效果。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

基于WebGL的焊接机器人仿真及多层多道路径规划

针对中厚板机器人焊接运动仿真、多层多道路径规划等需求,开发了一种基于Web GL的开放的机器人焊接离线编程系统.首先搭建了基于激光视觉传感的机器人MAG焊接系统,接着利用Java Script,Web GL等技术搭建了仿真平台,通过传感器获取焊道的三维点云数据,利用点云处理技术对焊道特征信息进行提取,在此基础上,进一步提出了对20 mm厚的开V形坡口钢板的多层多道路径规划策略,最终完成了V形坡口4层10道的焊接实验.结果表明,该系统对机器人焊接自动化、智能化关键技术提供了可靠的实现途径.