T形接头双光束激光焊变形计算方法

以厚度为2.5 mm的铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊变形为研究对象,针对焊缝金属熔化及凝固引起的材料力学行为变化,考虑筋板与底板之间连接的实现过程,开发了双光束激光焊单元生死温度判别法,焊接过程中以单元瞬态温度为判据,对单元动态杀死和激活;对比了采用与不采用单元生死温度判别法的焊接变形计算结果,该两种计算方法在材料参数、几何模型、边界条件及初始条件等方面都完全相同.结果表明,是否采用单元生死温度判别法对T形接头双光束激光焊变形的计算结果有显著影响,并对这种影响进行了分析.     

外拘束条件下的不锈钢焊接残余应力变化规律

为了探究外拘束条件下不锈钢焊接接头残余应力的分布规律,采用三维热弹塑性有限单元法,对不同拘束条件下的不锈钢焊接过程进行了分析。结果显示,施加不同的拘束条件,平板试样焊后焊接结构的残余应力大小和分布不同。约束底面四点的拘束条件能较好地模拟平板在自由状态下的焊接情况,约束焊接件侧面将显著增大焊接结构的残余应力,通过统一夹具垫板与焊接件为多体耦合模型,发现完全可以反映平板焊接过程中夹具与被焊件的相互作用并有效减小残余应力。     

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...     

大型底板结构焊接顺序控制变形数值分析

利用非线性有限元方法对某大型结构底板焊接顺序进行数值模拟计算,建立了疏密过渡的有限元模型.使用随温度变化的材料热-力参量,采用高效率的移动串状双椭球热源模型,定性地对比了不同焊接顺序及不同约束情况下底板挠曲变形量数值大小.结果表明,先焊底板比先焊筋板方法挠曲变形小;底板两条纵、长焊缝分别焊接比同时焊接方法挠曲变形小;使用刚性平台约束焊接比自由焊接挠曲变形小;筋板两侧横、短焊缝同时焊接不会产生扭曲变形;焊接结构的挠曲变形与结构的中性轴密切相关.     

大跨度悬索桥钢箱梁焊接残余应力数值分析

钢箱梁桥在横向分布的车轮荷载作用下,正交异性板单元的纵向U形肋和面板焊接处会产生巨大的面外弯矩,由于焊接残余应力的存在,焊根或焊趾容易发生疲劳开裂。因此,为提高钢箱梁桥的使用寿命和安全稳定性,本文建立了钢箱梁底板单元的局部有限元模型,对底板U形肋板的焊接制作过程进行热应力耦合分析,得出底板U形肋板焊接残余应力的分布情况,为该工程施工工艺提供实时技术资料。     

焊接顺序对底板结构变形影响的数值研究

利用非线性有限元方法,分别对单、双、三、四个筋板的底板结构的焊接变形进行了数值模拟分析.采用8节点六面体单元建立了疏密过渡的有限元模型,使用随温度变化的材料热-力参量,运用了精度较高的双椭球热源模型以及生死单元的方法,模拟得到了不同焊接顺序下多筋板底板结构焊接横向变形情况,并对结果进行了分析.结果表明,对上述四种结构,每个筋板两侧的焊缝采用先焊接一侧再焊另一侧的方法,与传统的双面角焊缝同时焊接的方法相比,可以减小横向收缩量8％左右;每个筋板两侧采用反向焊接比同向焊接的方法横向变形也有所降低;所有筋板的相同侧同时焊接可以明显减小底板的横向收缩量,这样也可以节省大量的时间成本.     

AA6061填丝FSW T形接头特征及动静载特性分析

利用自主开发的填丝静止轴肩T形接头焊接工具开展了6061-T4铝合金填丝T形接头的焊接试验,获得了成形良好的无缺陷T形接头. 对接头内部成形、显微组织、硬度分布、静载强度及疲劳性能进行了测试与分析. 结果表明,接头轴肩影响区表面存在超细晶区,内部质量良好,焊核区不同位置填充材料与母材发生了不同程度的混合. 接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,拉伸测试中底板和筋板方向接头均断裂于热影响区,接头系数分别0.68和0.83. 过渡圆角明显提高了接头的疲劳性能,在2 × 106疲劳寿命下的具有90%置信度及97.5%存活率的特征疲劳强度可达101.4 MPa,远高于IIW建议的设计准则. 疲劳断口显示疲劳裂纹萌生于接头表面轴肩压入边缘,在交变载荷作用下向内部扩展,裂纹稳定扩展区可见明显的疲劳条带,断裂机制为穿晶断裂.     

纵向受载T形焊接接头结构应力构造方法分析

针对纵向受载的非承载型T形焊接接头的疲劳问题,提出一种纵向结构应力构造方法.该方法将焊接接头截面上节点载荷等效为单元边界上的线载荷,根据力平衡原理建立膜应力和弯曲应力解析式,基于母材厚度和焊缝高度提出等效板厚的构造方式,进一步构造并求解焊趾处纵向结构应力.通过纵向受载的非承载型T形焊接接头疲劳试验结果进行验证.结果表明,文中提出方法在分析焊接接头局部纵向受载的焊接结构时优势明显,并可根据Dong提出的平衡等效结构应力修正方式和主S-N曲线进行疲劳评定.     

5A06铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头组织与性能

采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接. 通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)断口分析,研究了热输入对焊接接头力学性能与组织的影响. 结果表明,在两组焊接参数下均可获得无孔洞缺陷的全焊透T形接头,焊缝表面光滑平整,几乎无减薄发生;热输入不同会改变搅拌针与周围材料的摩擦形式,引起焊缝出现弱结合缺陷,并影响接头抗拉强度; 在高主轴转速匹配低焊接速度时,焊缝中心重叠区顶部易产生弱结合缺陷,导致接头抗拉强度较低,为198 MPa,拉伸试样断裂在筋板. 在低主轴转速匹配高焊接速度时,焊缝无缺陷存在,接头抗拉强度为287 MPa, 拉伸试样断裂在底板.     

Q390钢多层多道焊接接头残余应力试验分析

为了深入研究Q390钢焊接性能,掌握其在不同焊接工艺条件下焊接接头残余应力分布规律,对40 mm厚Q390低合金高强度结构钢板分别采用埋孤焊和焊条电孤焊2种焊接工艺进行焊接,采用盲孔法测量了焊态下焊接试板的表面残余应力,得到了垂直于焊缝的残余应力分布曲线.结果表明:采用埋弧焊通过施加外在约束可以有效减小焊后试板变形,在焊接接头处得到压应力;经焊条电弧焊自由焊接条件下试板变形较大,在焊缝区得到拉应力,在熔合区和热影响区得到压应力.     

Effects of welding parameters and welding sequence on residual stress and distortion in Al6061-T6 aluminum alloy for T-shaped welded joint

The distribution of temperature and then the distribution of residual stress and distortion in the stiffened aluminum alloy Al6061-T6 plates under the metal inert gas (MIG) welding process were investigated by three dimensional thermo-mechanical coupled finite element model using Ansys software. The properties of materials were considered temperature-dependent and the filler metal was added to the workpiece by the element birth and death technique. In three modes of current, two different speeds and two various sequences, the distribution of residual stress and distortion were calculated and analyzed. The results showed that increase in welding speed decreased the vertical deflection in the plate, transverse shrinkage and angular distortion of plate and the lateral deflection of stiffener, but increased the maximum longitudinal tensile stress in the plate and stiffener. Furthermore, increase in current increased the residual stress and deformation in the plate and stiffener, and the change in the welding sequence changed the distribution of the distortion in the plate and the stiffener without significant change in the distribution of the longitudinal residual stress.     

基于人工神经网络的船舶高强钢焊接变形分析预测

以新型船舶高强钢为主要对象 ,在物理模拟试验和有限元分析基础上 ,通过人工神经网络建立船舶分段钢结构焊接变形数值模拟模型 ,仿真焊接工艺参数、板材厚度、焊接顺序等因素对船体钢结构变形的影响 ,探索抑制船舶高强钢焊接变形的有效途径。仿真结果表明 ,在各种因素中组焊顺序是影响焊接变形的主要因素 ,通过选择小电流同向分段退焊工艺将有效抑制船体分段钢结构焊接过程中产生的变形 ;采用上述方式建立的模型可以快速预测、预报船舶高强钢焊接过程中产生的变形量 ,为新型船舶研制、生产提供真正的理论指导 ,避免焊接试验的盲目性     

5000Pctc汽车滚装船薄板焊接工艺

汽车滚装船普遍采用高强钢薄板,焊接时容易产生变形.对平面拼板、扶强材、框架进行焊接时,在焊接材料、焊接方法、焊前预热、预变形等方面采用相应措施,能较好地控制薄板焊接变形,满足GL船级社各项指标要求.     

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.     

混凝土搅拌主机缸体焊接变形的分析及控制

双卧轴混凝土搅拌主机缸体在焊接过程中产生较大的变形,很难保证端板的平面度,在使用过程中容易产生砂石卡阻,致使搅拌负荷加大.本文通过分析缸体的结构特点及焊接变形原因,优化焊接工艺及采取有效焊接变形控制措施来进行缸体的焊接.实践证明:缸体的焊接变形得到了有效控制,端板的平面度控制在1.5 mm之内,满足了混凝土搅拌主机的使用要求.     

热变形的固有应变预测法及实例

阐述了以固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法.通过金属结构的焊接变形的预测和船板的线状加热弯曲成形变形计算的实例,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法在热加工过程中应用的可行性.     

双细丝埋弧焊+陶瓷衬垫焊接工艺

双细丝埋弧焊+陶瓷衬垫可用于无间隙装配、坡口内定位焊、背面应用陶瓷衬垫+正面大能量输入的双细丝单面埋弧焊焊接,焊缝正反面一次成形.双细丝埋弧焊是利用单电源单送丝机送出两条具有一定距离的并联细丝,在保持大能量输入同时,把焊接电流进行分流,从而降低电弧能量过多集中于中坡口根部的问题.由于细焊丝干伸长度电阻热增加,焊丝熔化速度加快;电极之间电弧辐射热相互作用,能量利用率高,熔滴过渡更细,焊接过程更平稳,焊缝成形更美观;对于板厚12～18 mm,可大幅度提高焊接效率10倍以上,焊接质量稳定,应用前景良好.     

The effect of tack welding on numerically calculated welding-induced distortion

A single-layer pulsed gas metal arc weld of structural steel S355J2+N with a thickness of 5 mm is experimentally and numerically investigated. Two tack welds are considered in the numerical simulation into two different ways. First, the tack welds are represented by elements belonging to the initial material. This implies that the “tack weld material” was not exposed to any thermal load or phase transformation before actual welding was performed. The weld seam is shortened and there is an influence on the stiffness of the whole structure affecting the calculation result. Secondly, the tack welds were simulated as conducted in the experimental welding procedure. The cases considering tack welding are compared to a simulation neglecting tack welding and to the experimental results.The influence of tack welds on the calculated welding-induced distortion is clarified and a contribution to an improved simulation-based prediction of welding-induced distortion is possible by modeling tack welding according to the realistic fabrication procedure.     

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.     

直缝钢管预焊设备与工艺

介绍了直缝钢管焊接生产对预焊的要求及预焊设备与工艺。该设备主要由拘束合缝装置、焊接操作机、焊接系统、电控与激光跟踪系统构成。焊接采用粗丝MAG高速焊工艺，电控采用profibus—dp现场总线构成的分布式控制系统，焊缝跟踪及错边检测采用激光闭环跟踪系统。研制出的设备与所提供的工艺已在工厂实际生产中得到应用。