焊接顺序对大型厚板结构焊接变形的影响

大型厚板结构焊接变形影响其制造质量,预测和控制结构件的焊接变形具有重要的工程意义.以工程车车架为例,采用局部-整体映射法研究了焊接顺序对其焊接变形的影响.采用热弹塑性法分析了 T形和角接接头的焊接过程,提取接头局部塑性应变,映射到整体模型,实现整体结构焊接变形的计算.现场焊接顺序下结构变形最大,最大变形量为2.852 mm,计算结果与试验结果基本一致,采用优化的焊接顺序,可有效控制整体焊接变形,变形最大值可减小43％.     

SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40 mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的“热-弹-塑性有限元”计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的“热-弹-塑性有限元方法”的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。     

基于热循环曲线法的低合金高强钢对接接头焊接残余应力数值模拟

以Q345低合金高强钢对接接头为研究对象,建立热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,在考虑相变情况下采用三维双椭球体热源模型对单道焊的焊接温度场进行数值模拟,再基于提取的热循环曲线(TCC)对该热源模型进行简化。分别采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化的热源模型对单道焊和多道焊对接接头的残余应力进行计算,并进行了试验验证。结果表明：根据温度场模拟得到的单焊道焊缝TCC与试验结果吻合良好,相对误差小于2.34%,验证了提取的TCC的准确性;采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化热源模型模拟得到的接头残余应力与试验结果吻合良好,其中单焊道接头纵向残余应力相对误差分别小于11.38%,4.34%,验证了2种模拟方法的准确性;与三维双椭球体热源模型相比,基于TCC简化热源模型的计算效率提高32%以上。     

钢制薄板T型梁焊接变形及焊接残余应力数值仿真

焊接变形对金属结构质量和运用性能有较大的影响,焊接过程中产生的不良变形不仅影响结构的外观尺寸,而且会降低结构的局部强度和稳定性。首先以薄板T型梁结构为研究对象,在保持主要焊接参数不变的前提下,分别采用固有应变法、热弹塑性法和局部整体映射法,采用数值仿真计算对比分析了薄板T型梁的焊接变形。另以薄板T型梁参数设计焊接试件,对T型梁的局部模型进行焊接温度场与焊接残余应力的仿真分析。仿真结果表明:用热弹塑性法预测焊接变形时相对准确。T型梁的焊接变形在y方向有较为明显的焊接变形,在x方向与和z方向的焊接变形量较小,焊接时焊接温度峰值在1 200℃左右,焊接残余应力沿焊接方向大致呈对称分布,主要集中在焊缝周围区域。     

铁路货车侧墙制造过程建模与变形规律预测

由于焊接引起残余应力会导致薄板结构产生屈曲变形，采用基于固有应变的有限元方法，利用ANSYS软件的几何非线性分析功能，对某型号货车侧墙制造过程建模与焊接变形预测进行研究，获得符合试验结果的仿真模型。通过正交设计的仿真试验与主效果分析方法发现了不同设计变量与工艺参数对焊接变形的主要影响规律。其中，板厚／焊脚高对焊接变形的影响程度最大，其次是焊接速度和电压，最后是电流参数；跨距大小与焊接变形正相关，同时还与在整个侧墙所处的位置有关；帽型梁结构比槽型梁更具抗变形能力；侧板横拼对焊比竖拼略有优势。上述结论为优化货车侧墙设计与焊接工艺参数、制定不同跨距、板厚侧墙平面度误差设计规范提供了重要依据。     

基于SYSWELD的焊接工艺参数对多道焊焊接残余应力的影响

文章以某型动车组中间车KK端中T型焊接接头为例,通过数值仿真,分析了不同预热温度与不同焊接速度对焊接残余应力的影响。利用双椭球形热源模型校核得到了与实验拟合度较好的温度场,保证了后续计算焊接残余应力的准确度。通过三种多道焊速度方案,计算T型焊缝焊接残余应力可知:在给定的预热温度前提下,在一定范围内减小焊接速度,可减小焊缝残余应力;分析了预热温度对焊接残余应力的影响,在一定范围内提高预热温度,可以有效地降低焊接残余应力。     

时速250km动车组薄侧墙自动焊技术研究

正1.概述CRH3G项目是我公司自主研发的时速200~250km动车组,该动车组上首次采用了内藏门结构,这种车门打开后沿轨道向内滑动与薄侧墙重叠,不仅节省了空间,而且比常规动车组使用的塞拉门故障率大大降低。薄侧墙是内藏门的重要结构,本文针对薄侧墙焊接过程中变形较大的问题,分析变形产生原因,采取相应措施,使焊接变形得到有效地控制,有效保证了产品质量。2.焊接工艺及结果分析(1)焊接材料本试验采用的薄侧墙材质为6005A—T6,由5块型材组成(见图1),型     

合并焊道法对SUS304不锈钢平板对接接头焊接残余应力计算精度和效率的影响

厚大不锈钢焊接接头广泛应用于核电、火电和化工等行业中,焊接残余应力一直是一个被关注的焦点问题。随着计算焊接力学理论的日臻成熟,采用有限元方法来模拟焊接残余应力已经成为了可能。但是由于计算机硬件条件的限制,目前的计算效率还难以满足实际工程的需求。基于ABAQUS有限元软件平台开发高效的瞬间热源模型来模拟板厚为25 mm的对接接头的热输入,并与移动热源模型的计算结果进行比较。为了进一步提高计算效率,基于奥氏体不锈钢母材和相应填充材料的性能特点,尝试采用不同的焊道合并方式来缩短焊接温度场和应力场的计算时间。同时,还采用应力释放法测量板厚25mm、焊道数为17道的平板对接接头的残余应力分布,并将数值模拟结果与实验结果进行比较。结果表明,采用瞬间热源模型可较精确地模拟焊接残余应力的分布和大小,计算时间与移动热源模型相比可以大幅缩短。此外,采用数值模拟方法研究合并焊道法对板厚为75mm的对接接头残余应力计算结果的影响。数值模拟结果表明,焊道合并方式对纵向残余应力的计算结果影响较小。对横向残余应力而言,焊道合并方式对计算精度有较显著的影响,表层焊道合并方式严重低估了表面横向残余应力,而内部焊道整体合并方式虽然略微低估了表面横向残余应力,但能较好地预测接头上、下表面的横向残余应力分布与大小。采用瞬间热源模型再结合焊道合并方式是一种解决厚大焊接接头残余应力计算的有效手段。     

焊接顺序对TC4钛合金TIG焊T型接头残余应力和变形的影响

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明：模拟得到焊接热循环曲线与试验曲线基本吻合,峰值温度相对误差小于5%,证明模型准确;3种焊接顺序所得T型接头的纵向残余应力在靠近焊缝处均表现为拉应力,远离焊缝处均表现为压应力,方案1接头位置残余应力变化梯度最小;方案1所得接头的变形最小,焊后翼板垂直度最优,因此双侧同时同向焊接更适用于需要严格控制构件焊接整体变形的场合。     

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。     

薄板铝合金空间曲线焊缝CMT焊接试验研究

针对薄板铝合金三维曲线焊缝较大的残余应力和焊接变形,进行了冷金属过渡(CMT)无垫板自动焊试验研究,分析了电流、焊接速度、弧长修正、保护气流量对焊接过程的影响,进行了接头拉伸性能试验及焊缝微观组织研究,并焊接了变形小的产品。结果表明,利用合理的焊接参数,可实现厚度1.5 mm的5A06铝合金的无垫板CMT焊接,焊缝成形稳定均匀,焊接接头抗拉强度值达到347 MPa,接头断裂位置在热影响区。无垫板CMT焊接技术可用于薄板铝合金空间曲线焊缝的焊接。     

热源偏移对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响

采用有限元模拟方法研究了热源偏离钢铝界面的距离(热源偏移距离)对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响,并进行了试验验证。结果表明:钢/铝异种材料焊接接头温度场呈非对称分布,钢侧温度梯度小于铝侧的;随着热源偏移距离的增加,接头钢侧温度升高、熔宽增大,铝侧则相反;接头铝侧残余应力主要为拉应力,钢侧近界面处的残余拉应力随着热源偏移距离的增大而减小,最后变为压应力,远离界面处的残余应力主要为压应力;实测残余应力与模拟结果的相对误差小于8%,且残余应力状态与模拟结果相符。     

熔敷顺序和管壁厚度对异种钢管板接头焊接残余应力与变形的影响

异种钢焊接接头广泛应用于机械、化工、电力和交通等领域的装备制造中,由于异种钢接头的材料不同,焊接过程中产生的残余应力分布十分复杂,但关于异种钢焊接接头残余应力的研究还很不充分。以SYSWELD有限元软件为平台,开发用于模拟异种钢焊接接头残余应力与变形的热-弹-塑性有限元计算方法。基于此方法,以异种钢管-板焊接接头为对象,研究不同熔敷顺序和管壁厚度对接头焊接残余应力与变形的影响。在数值模拟过程中,针对不同类型的材料采用不同的本构模型来模拟材料的力学行为。采用接触式三维坐标测量仪测量焊接接头特征位置的变形量,验证有限元计算方法的有效性。研究结果表明,管板接头的残余应力分布受熔敷顺序的影响十分显著,变形分布形态也在一定程度上受到了熔敷顺序的影响。随着管壁厚度的增加,圆管径向变形量反而减小,周向残余应力的峰值有所增加,同时圆管与焊缝异材界面处的周向残余应力梯度也明显增大。开发的数值模拟方法将是预测异种钢焊接接头残余应力与变形的有力工具,模拟结果将为焊接结构的健全性评价供理论支撑。     

CRH3铝合金高速动车组焊接技术

本文通过介绍CRH3铝合金高速动车组的车体结构和焊接工艺,对铝合金车体CL1级部件底架、FE端、地板、车顶以及侧墙的焊接技术难点进行分析,为高速动车组制造技术的发展提供借鉴。     

铝/钢异种金属MIG电弧熔-钎焊接界面应力演变数值分析

基于搭接结构造成的电弧热源非对称分布和过热熔滴热焓的热作用特征,建立非对称型四椭圆面热源和均匀体热源的组合热源,并基于热-弹-塑性有限元理论,数值分析1 mm厚5052铝合金和2 mm厚镀锌钢搭接接头MIG电弧熔-钎焊接应力应变场演变,讨论残余应力分布特征.计算结果表明,随着到焊缝中心的距离增加,镀锌钢母材近钎焊缝区域所受内应力由压应力逐渐转为拉应力.铝侧焊缝区域的残余应力表现为等于室温铝合金屈服强度的拉应力,在焊根处降低为零或转变为压应力.钎焊界面两侧存在较大的残余应力差,不同焊接热输入下界面两侧焊接残余应力差的分布均呈n形,并与钎焊界面剪切强度呈负相关,随着热输入的增大,界面残余应力差增大,而接头剪切强度逐渐下降.     

基于热-机耦合有限元法预测构架侧梁焊接变形

准确地数值模拟焊接构架侧梁在其生产过程中产生的焊接变形规律,是有效地控制焊接变形和减少焊后矫形工作的关键。本文基于热-机耦合热弹性有限元方法,采用Marc软件,创建了焊接构架侧梁有限元模型,并采用分段串热源进行焊接热源模拟,得出了侧梁在垂向弯曲、水平弯曲和纵向收缩变形的规律,最后利用合理的实验方法给出侧梁实际变形结果。研究表明:数值模拟计算与实验结果十分吻合,从而证明了此方法对其进行焊接变形预测的有效性。     

铝合金薄板焊后碾压控制焊接应力变形的数值模拟

采用三维弹塑性有限元法对铝合金薄板的焊后冷碾压过程进行数值模拟,研究焊后冷碾压工艺对铝合金薄板焊接残余应力重新分布的影响以及矫正焊接变形的效果。通过建立两种不同的碾压计算模型发现,在碾压计算过程中只有考虑焊接残余应力场的影响,才能得到与试验测量结果相一致的碾压后残余应力分布。研究结果可用于实际碾压工艺的优化。     

基于椭球热源的汽车车身中厚板焊接仿真

中厚板大量使用在汽车车身结构中,且汽车中厚板的工艺主要是焊接,其焊接过程复杂.为了提高汽车企业生产效率,有必要对中厚板焊接进行研究.传统焊接仿真采用移动高斯面热源,然而对于中厚板,熔深方向仿真效果较差.本文建立厚板焊接数值计算模型,通过三维移动椭球热源,模拟焊接过程中热量输入,获得焊接全过程三维温度场分布,为实际生产提供了理论依据.     

局部法评定铝合金3A21角接接头疲劳性能

局部法是近年来应用于焊接接头疲劳评定的一种新方法。文中采用铝合金3A21角接焊缝的拉伸疲劳试验结果就Dang Van准测的局部法对铝合金焊接接头疲劳评定的有效性进行研究,用三维有限元方法计算角焊缝的最大主应力和铝合金焊接接头的残余应力,并分析有限元单元尺寸对局部法评定的影响。结果表明,适用于钢接头的局部法不适用于铝合金焊接接头,将材料常数修正为α=0．5、β=50MPa后,评定结果与试验结果相符合。有限元网格尺寸对局部参数βexp评定有一定影响,当最小单元尺寸小于0．65mm,单元尺寸对评定结果的影响较小。     

面向壁板变形预测的局部位移场分层映射方法

针对飞机装配过程中壁板铆接变形预测仿真计算周期长的问题，依据局部-整体映射的思想，提出了基于局部位移场的分层映射方法，建立了映射模型，并将所提模型与三维动态模型的有限元分析结果进行了对比。研究结果表明：所提方法可有效地缩短仿真计算时间及提高模拟实际钻铆过程的可靠性；采用所提方法时的轴向位移相对误差为2.2%；当映射区域为2.5R(R为钉孔半径)时，单钉铆接的计算时间由45.56 min缩短至3.33 min。通过三钉模型验证了所提方法的有效性。