激光焊工艺对Ti-2Al-1.5Mn钛合金薄板焊接变形的影响

研究了脉冲激光焊工艺对0.8 mm厚Ti-2Al-1.5Mn钛合金薄板焊接角变形和弯曲变形的影响.结果表明:钛合金薄板激光焊变形相对较小,激光功率和焊接速度对焊接变形产生一定的影响,二者可归结为焊接热输入的影响;焊接热输入对焊接弯曲变形的影响较大;当焊接热输入小于425 J/cm时,对角变形的影响不明显,当焊接热输入增加到425 J/cm左右时,其对角变形的影响显著增加,而后又趋于缓慢增加.     

焊接工艺对薄板结构焊缝区残余应力的影响

采用焊接温度场与热应力场非耦合的方式,对薄板结构焊缝区残余应力进行了热-弹塑性有限元分析,模拟了连续焊缝焊接热输入以及施焊断续焊缝时薄板两端张力大小对焊后残余应力的影响.结果表明,残余应力峰值与焊接热输入无关.降低热输入,可以减小塑性变形区宽度,并且使远离焊缝处的压应力数值减小,这将减小焊后薄板的失稳变形.焊接过程中对薄板两端施加拉力,焊后可以减小施力方向的残余应力峰值,但并不影响拉伸区的宽度,从而适当增大薄板两端的拉力可以减少焊接变形的产生.     

采用固有应变法预测超薄板的焊接变形

文中以汽车制造中常用的1 mm厚的薄板为分析对象,采用热-弹-塑性有限元分析了焊缝长度对固有变形分布特征的影响,通过比较热-弹-塑性有限元法及固有应变法预测的变形结果,定量分析了焊缝长度对固有应变法预测超薄板焊接变形时计算精度的影响.结果表明,当焊缝长度达到一定临界长度时,固有应变法可适用于板厚为1 mm左右超薄板焊接接头的焊接变形预测.     

基于Sysweld的货车端墙焊接变形数值模拟

货车的端墙是由薄板构件组装而成的,在焊接过程中由于焊缝处收缩力的作用导致端墙板失稳,不可避免的产生了波浪变形。过大的变形量不但影响端墙结构的外形美观,而且影响了货车的产品质量,因此有必要减小焊接变形。根据端墙结构建立其几何模型、划分网格、设置热源参数,使用焊接专业软件Sysweld模拟计算在相同热输入下的不同焊接顺序的变形量,从而得出焊接顺序、焊接方向调整对变形的改进效果,为生产提供参考依据。     

热输入对6A02铝合金光纤激光焊缝成形的影响

采用大功率密度的光纤激光对1.0 mm厚的6A02铝合金进行了激光焊接,着重研究了焊接热输入对焊缝宏观形貌、组织和性能的影响. 结果表明,采用高速焊接且热输入控制在8～22 J/mm范围内可以获得稳定全熔透焊缝. 典型的光纤激光焊缝横截面常呈近X形,此种形貌的焊接温度场不均匀性较小,有利于减少焊接失稳和变形. 从熔合线至焊缝中心,显微组织逐渐从柱状晶组织向混合组织(柱状晶+等轴晶)转变. 随焊接热输入的降低,焊缝区的显微组织相对细化,接头熔合线附近的软化现象逐渐减弱,焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均略有增加.     

薄板焊接特征屈曲的数值分析

在薄板焊接中,由于局部加热和迅速冷却产生了沿焊缝方向的焊接收缩应力,而导致焊接薄板发生屈曲变形.本文采用以热弹性为基础的有限元数值模拟与薄板结构稳定理论相结合的方法,对薄板焊接屈曲变形进行计算机数值模拟,并且分析了约束类型、单元尺寸、长宽比对薄板焊接屈曲载荷的影响,最后得出焊接薄板的屈曲失稳判据.     

焊接工艺对T形结构焊接变形的影响

对T形结构焊缝横向收缩和纵向收缩引起的弯曲变形进行了研究.实验材料为Q235B,焊接材料选用FA303,直径分别为2.5、3.2和4.0mm.实验结果表明,焊缝横向收缩引起的T形结构弯曲变形,对于底板尺寸600min×100mm×(4-5)mm的T形结构,焊接线能量越大,产生的焊接弯曲变形越小;而焊缝纵向收缩引起的弯曲变形,随着焊接线能量的增加,焊接弯曲变形越大;在4100-5400J/cm线能量下,采用分散跳焊的焊接顺序所产生的焊接变形小,采用从一端连续直通焊时焊接变形最大.     

快运货车耐候钢薄板CMT焊接工艺及变形规律研究

耐候钢薄板的应用是解决快运货车轻量化的核心技术。针对耐候钢薄板焊接过程中热输入量大、容易烧穿和产生较大变形的问题,选用CMT焊接方法实现了1.5 mm耐候钢薄板的焊接参数优化,采用最优参数模拟对比CMT焊接与传统耐候钢焊接方法(MAG焊)的变形量。结果表明:全熔透接头性能较好,增加焊接速度可以减少接头错边量,提高接头性能,接头抗拉强度最高达到669.6 MPa;模拟结果显示CMT焊接变形趋势与MAG焊接相似,焊缝中心与板边缘变形较大,CMT最大焊接变形量为+3.8 mm,MAG焊接最大变形量为+4.8 mm,CMT焊接变形明显小于MAG焊。     

差厚高强钢激光拼焊板拉伸失稳行为研究

对0.7mm/1.0mm厚度组合的B170P1钢激光拼焊板试件进行半球凸模胀形试验,分析不同应变状态下拼焊板的变形、失稳特点及应变分布情况,研究其拉伸失稳规律。研究表明,拼焊板试件的变形失稳主要发生于薄侧母材,且随应变状态由单拉向平面等双拉的转变,应变分布趋于均匀,失稳位置向焊缝靠近;在变形过程中,靠近焊缝的薄侧母材在平行于焊缝方向的变形受到厚侧母材及焊接区的影响,其应变路径快速向平面应变漂移,达到成形极限状态,降低了拼焊板的成形性能。焊缝的存在导致差厚激光拼焊板各部分变形不均匀,在差厚激光拼焊板的实际应用中,应采取适当措施抑制薄侧母材的局部变形,增加厚侧母材塑性变形的比例,提高差厚拼焊板的冲压成形性。     

316L不锈钢超薄板激光焊接工艺试验研究

厚度为0.1mm的超薄金属板在薄壁板式换热器、燃料电池极板等能源、制冷行业中应用广泛,激光焊接是这类零件主要的连接工艺。由于厚度仅有0.1 mm,传统的多模光纤激光光斑较大,热输入不够集中,会造成构件焊后变形过大,影响构件质量。本文通过单模与多模激光焊接0.1 mm厚316L不锈钢超薄板工艺对比试验,探究了单模激光器焊接316L不锈钢超薄板的可行性,以及单模激光焊接的优势。结果表明,单模光纤激光器在功率为40 W时便可以实现对316L不锈钢金属超薄板的有效连接,同时焊缝熔宽更窄,焊接变形量变小。     

焊接热输入对Q460D钢对接焊缝力学性能的影响

对20 mm厚的Q460D高强度结构钢材焊缝区,及其热影响区进行不同热输入下的对接焊缝力学性能试验研究,以便获得其焊缝区及其热影响区的力学性能指标,同时对结果进行拟合分析,得到其-20℃冲击功、抗拉强度和屈服强度随热输入变化的规律。结果表明,焊接热输入对Q460D钢材焊缝力学性能影响明显,在焊接热输入为17.5~45.0 k J/cm范围内冲击功值下降明显;当焊接热输入在17.5~25.0 k J/cm的范围内,抗拉强度和屈服强度呈明显下降趋势。     

搅拌摩擦焊工艺参数对6082-T6铝合金残余应力和变形的影响

为了研究搅拌摩擦焊工艺参数对铝合金焊接残余应力和焊接变形的影响,运用Abaqus有限元模拟软件,对5 mm厚6082-T6铝合金薄板在恒压力条件,不同主轴转速和焊接速度下的的搅拌摩擦焊进行了数值模拟计算,研究了焊接温度、残余应力和焊接变形的分布。结果表明:主轴转速一定时,焊接最高温度随着焊接速度的增大而降低;焊接速度一定时,焊接最高温度随着主轴转速的增大而升高。沿横向残余应力呈单峰状分布,峰值位于焊缝中心;沿纵向残余应力在焊缝两端有较大波动。相对于主轴转速,焊接速度的改变对残余应力影响更大。试板的整体变形趋势呈反马鞍状,沿纵向变形呈上凸状,沿横向变形呈下凹状。主轴转速一定时,焊接变形量随着焊接速度的升高而减小;焊接速度一定时,变形量随着主轴转速的升高而增大。     

2A14-T4铝合金搅拌摩擦焊焊接热输入对焊缝表面成形的影响

针对4.80 mm厚的2A14-T4铝合金板,通过调节搅拌摩擦焊的焊接参数来改变焊接热输入,研究了焊接热输入对焊缝表面成形的影响。结果表明:下压量、转速和焊接速度等单一焊接参数的改变均会改变焊接热输入;热输入的高低会影响焊缝表面成形,且该热输入存在一个适合的范围,相应得到良好的焊接成形。     

TC2钛合金薄板对接大功率CO2激光焊焊接工艺

采用大功率CO2激光焊接设备全面研究了4 mm厚TC2钛合金薄板的焊接工艺,确定了合理的焊接工艺参数,分析了工艺参数对焊接质量的影响,并通过对钛合金激光焊对接接头的拉伸试验证明了工艺试验的合理性。研究结果表明,激光焊接过程中,离焦量对焊缝熔深有很大的影响,正确选择离焦量是保证熔深的必要条件;焊缝熔深随着焊接热输入的增大而增大,针对4 mm厚TC2钛合金薄板,当热输入达到2.4 kJ/cm时焊缝熔透。     

薄板单面密集焊缝焊后弯曲变形分析

针对2 mm的316L薄板单面密集焊缝结构,采用数值模拟的方法分析了两种焊接方案下的薄板焊接弯曲变形. 利用高度测量装置建立了薄板弯曲变形测量方法,进行了两种焊接方案的工艺试验,对焊后弯曲变形进行了测量. 在此基础上,对数值模拟和工艺试验的结果进行了对比. 结果表明,薄板单面密集焊缝结构焊接后呈船形变形,拉通焊弯曲变形中心接近于板中心,而两端向中间焊弯曲变形中心偏向板的先焊位置. 两端向中间焊在长度方向弯曲变形量小于拉通焊,两端向中间焊的焊接方案较优.     

超高强度钢光纤激光-CMT复合焊接成形控制

使用激光-CMT复合焊接方法对2 mm厚的30Cr3SiNiMoVA超高强度钢薄板进行焊接,焊后对其宏观形貌进行观测,并测量焊缝熔化面积和试件变形量。相比于单激光焊,激光-CMT复合焊可以获得成形良好、过渡圆滑的焊缝,焊缝中下部熔宽增加,在较小电流的情况下可适应1. 6 mm的对接间隙及1. 0 mm的错边量。通过对焊接参数与热输入量的比较,得到了与激光复合时CMT电弧热输入的效率系数约为0. 32～0. 42。提出一种控制激光-CMT熔滴过渡及热输入的横向复合方式,在保证激光与电弧复合效果的基础上降低热输入,采用该方式对壳体构件进行焊接,焊后圆度为0. 4 mm,抗拉强度达到752 MPa,试件断裂在母材位置。     

Q345高强钢T型接头焊接变形机理的数值模拟研究

为了研究T型接头的变形机理,本文以通用有限元分析软件MSC.Marc为平台,开发了用于模拟焊接温度场、应力场和应变场的热-弹-塑性非线性有限元计算方法。在所开发的计算方法中,采用了双椭球高斯体积移动热源模型来模拟焊接的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了低合金高强钢Q345的T型接头焊接残余应力与变形。研究结果表明,T型接头的角变形主要取决于两个因素:翼缘板上下表面的温差以及翼缘板的板厚。其中翼缘板上下表面的温差是角变形的驱动力,温差越大,角变形越大;而板厚(刚度)是角变形的阻力,板厚(刚度)越大,则变形的阻力越大。     

工艺因素对钛合金薄板激光焊接面外变形的影响

薄板结构焊接面外变形是制造业普遍面临的难题。本文开展了1.2 mm厚钛合金薄板激光焊接试验,研究了面外变形随激光工艺参数的变化规律。结果表明:随着激光功率增大,焊后面外变形单调增大,薄板纵向弯曲变形为其主控因素;当离焦量从1 mm逐渐增大到4 mm时,面外变形先增大后减小,当离焦量为2 mm时面外变形最大,此时的主控因素是焊接弯曲变形。不同焊速下焊缝背宽比变化趋势和面外变形变化趋势具有很好的相关性,背宽比越大则面外变形越小,此时的主控因素是焊接角变形。当装配间隙小于等于0.3 mm时不同装配间隙下试板面外变形的差异很小。     

薄板焊接失稳变形的简化模型及其应用

提出了基于固有应变对接薄板失稳分析的基本方程.通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小.对不同焊接工艺条件下的低碳钢薄板对接焊变形进行了研究,比较了数值分析与试验测量结果,并且数值计算考虑了薄板不平整度的影响.最后,使用该简化的方法对有加强筋板分段结构的焊接变形进行预测.研究表明,基于固有应变等效载荷的失稳变形计算方法是简单、有效的.     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.