大型升船机卷筒轮毂与轮辐焊接残余应力数值模拟

基于SYSWELD有限元软件,开发了热-弹-塑性非线性有限元计算方法。利用所开发的计算方法,模拟大型结构升船机轮毂与轮辐的焊接温度场和残余应力分布。轮毂与轮辐焊接时,由于焊缝为环状,焊接起始、结束位置存在明显的热端部效应。计算结果表明,焊缝周向残余应力的峰值达到480 MPa,高于材料的屈服强度;径向残余应力沿板厚方向呈现出"拉-压-拉"三层分布,并且高应力区主要分布于焊缝及其热影响区附近。此外,径向残余应力峰值达到350 MPa,低于周向残余应力。     

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.     

TRT机壳热弹塑性有限元模拟与试验研究

采用大型通用有限元软件对TRT焊接机壳进行焊接过程的模拟。利用有限元软件中的单元生死技术和热-结构耦合技术,成功的预测了TRT机壳焊后残余应力及变形,并通过焊后残余应力测试试验验证对比。结果表明,有限元模拟机壳在焊接过程中,焊缝附近残余应力较大,局部达到其屈服强度;远离焊缝处的壳体上应力较小,均处于弹性变形。进行"盲孔法"测量残余应力,试验测量的残余应力跟模拟所得残余应力分布趋势相同,峰值应力出现的点基本重合。由于机壳实际焊接中施加的约束较多,应力得不到释放,导致试验数值略高于模拟数据。     

T型焊接接头残余应力数值模拟研究

基于ANSYS有限元数值分析软件,建立了T型焊接接头的有限元模型,采用高斯热源模型,模拟T型焊接接头焊接过程,分析了焊接过程中的温度场和应力场,并分析了不同参数变化对于焊接残余应力的影响。结果表明,在整个焊接热过程中,焊缝区域温度变化显著;焊接过程应力变化复杂,在焊缝处存在较大的残余应力,应力值为225MPa,接近屈服极限235 MPa;第二道焊缝应力值较第一道焊缝大,原因在于焊接第二道焊缝时,已完成的第一道焊缝对于焊件变形有较大约束。     

T型接头直线往返摆动焊温度及应力场的数值模拟

利用有限元软件SYSWELD对企业中广泛使用的直线往返摆动焊接过程进行了数值模拟,研究了T型接头的焊接温度与残余应力的分布规律。数值模拟结果表明,在摆动焊接过程中,沿焊缝方向周期性的出现了二次加热区,此区域的温度峰值高于一次加热区;纵向残余拉应力主要分布在焊缝及热影响区,且焊缝表面的纵向残余拉应力出现了周期性的波动。温度场与应力场的分布规律与直线往返摆动的运丝方式密切相关。     

压力容器六接管焊接工序对温度场、残余应力场及变形的影响

利用ANSYS有限元模拟软件和热弹塑性理论,对六接管压力容器筒体与接管处马鞍形焊缝进行数值模拟,研究接管焊接工序对焊接温度场、残余应力场及变形的影响,从而为实际生产提供参考依据。结果表明,依次对称焊完接管后的残余应力与残余变形的峰值均小于同时对称焊2个接管,同时热处理使得焊缝的残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征

采用热弹塑性有限元方法,对TiAl金属间化合物平板电子束焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,并分析了应力分布状态与裂纹特征之间的关系.结果表明,沿焊缝方向σx为残余拉应力,在焊道中部维持在较高水平,最高拉应力为390MPa.焊道中部横截面σx方向为残余拉应力,在热影响区附近达到最大值415 MPa,σy方向也为残余拉应力,且在距焊缝中心1.9 mm处达到最高值160 MPa左右.在不同焊接热输入条件下接头最高抗拉强度为304.7 MPa,断裂发生在接头热影响区附近,即残余应力最大的区域.     

P92钢管焊接温度场和残余应力数值模拟

基于ANSYS大型有限元分析软件,建立了合适的有限元模型,对SA335-P92钢管的焊接残余应力进行了模拟,并将残余应力模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明,在焊接态下,焊缝区域周向残余应力呈拉应力状态,拉应力最大值出现在热影响区,焊缝轴向应力呈压应力状态,往两侧靠近母材的热影响区应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随着距离焊缝中心距离的增加,残余应力水平均逐渐降低;热处理态下,焊缝区域周向残余应力分布规律与焊接态相似,焊缝轴向应力则由焊接态时的压应力变为拉应力,两侧热影响区由拉应力变为压应力,应力水平均较焊接态时明显降低;残余应力分布模拟值与实测值分布规律基本吻合,数值上略有差异,所建立的模型能较为准确的模拟焊后残余应力分布规律。     

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.     

套管结构异种金属多层多道焊接数值模拟

采用SYSWELD焊接专用模拟软件模拟分析套管结构异种金属多层多道焊接温度场和应力场,并采用金相截面和X射线衍射应力测试校核模型。结果表明,采用校核后的热源模型模拟的焊接温度场推断形成的焊缝截面与实际一致,焊缝根部节点温度随时间变化曲线存在14个温度起伏,每个起伏有2个温度峰值;采用X射线衍射实测残余应力与模拟结果基本吻合,不同焊接位置的轴向残余应力分布规律相同,焊接位置为0°和90°时轴向残余应力较大,最大残余应力数值接近300 MPa;不同焊接位置环向残余应力数值大小分布相同,距离首道焊缝根部15 mm处的最大环向残余压应力接近300 MPa;最大Von Mises应力出现在低合金钢热影响区,90°焊接位置最大Von Mises应力值为377 MPa。     

薄壁方形管件激光焊数值模拟

建立了薄壁方形管件模型,筛选出小热输入焊接工艺参数,校核了激光焊双椭球热源模型参数,利用有限元数值模拟软件模拟其焊接过程,研究了约束工装对薄壁方形管件激光焊接温度、残余应力与变形的影响。结果表明:薄壁方形管件激光焊过程中,约束工装下,焊缝及焊缝附近处在小于300℃区间的冷却速度高,焊缝处残余应力比自由焊接时稍大,但焊缝法向上降低速度更平缓,焊接后焊缝面残余变形由2.14 mm减小至0.2 mm,侧面变形由0.32 mm减小至0,焊缝长度方向弯曲幅度由0.8 mm减小至0.26 mm。     

锆管环焊接头残余应力有限元模拟及分析

应用ABAQUS大型有限元计算软件,建立了锆管单道环焊接头的三维有限元模型,采用热-力顺序耦合、生死单元等技术对锆管焊接的温度场和残余应力场进行了模拟,模拟过程中考虑了相变潜热、材料非线性等因素的影响;研究了不同焊接线能量和不同约束条件对焊接残余应力的影响规律,获得了残余应力分布特征规律。有限元分析显示:焊接等效应力主要存在于焊缝及热影响区,峰值接近锆的屈服强度。环向和轴向应力峰值均达到120 MPa,约为屈服应力的60%。焊件内外壁上,轴向应力对称分布,等效应力大小与线能量大小呈正比,不同约束条件下,等效应力在约束密集方向明显增大。     

液力变矩器固定块焊接残余应力的数值模拟

以液力变矩器固定块MAG焊为研究对象,建立了热-力耦合的三维模型,采用Sysweld模拟软件对不同焊接顺序、焊接方向下的焊接残余应力和零件变形进行数值模拟,分析了焊接顺序、焊接方向对焊接残余应力和零件变形的影响。通过与实际焊接变形量及热影响区域的对比,验证了模型的准确性。分析结果表明,焊缝的焊接方向对残余应力影响较大,较好的焊缝焊接方向是由外向内进行焊接。     

轨道车辆大型结构件焊接变形及残余应力有限元分析

采用热弹塑性有限元方法对轨道车辆大型结构端墙部件焊接过程进行了数值模拟,并对其焊接变形和残余应力计算结果进行了分析。结果表明,端墙整体焊接变形较小,上顶板和端墙板部件边缘位置由于结构约束相对较小而出现较大变形,最大变形量在2. 88 mm左右。门立柱、端墙板与横梁连接位置焊缝分布密集且有交错,相邻焊缝相互影响,导致残余应力分布状态复杂,且高应力(150～180 MPa)分布范围较广。沿垂直焊缝中心方向提取残余应力路程曲线发现,在高应力区,两端的应力水平略高于中间位置。这是由于两端的熔合线位置受到比中间熔池区更大的约束,导致了更高的残余应力。最后将模拟结果与试验测量值进行了对比,发现两者吻合良好,从而验证了所建立有限元模型的准确性。     

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%。     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象,基于SYSWELD有限元分析软件,根据热-弹-塑性理论,建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型,对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算,并进行了试验验证. 模拟结果表明,窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小,不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域,约为130 MPa;靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比,残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致,可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.     

16MnR斜Y型坡口焊接裂纹试验残余应力数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件对16MnR钢斜Y形坡口焊接裂纹试验的焊接温度场和应力场进行数值模拟,得到了焊接残余应力的分布规律.由于焊缝表面、中部和根部散热条件不同,造成了焊缝表面、中部和根部残余应力分布的差异.即在三维残余应力场中,纵向残余应力较大,且横向残余应力峰值出现在“直坡口侧”焊缝根部的热影响区.研究了预热温度对横向残余应力的影响规律.结果表明,随着预热温度的提高横向残余应力峰值和应力梯度降低,从而有助于减小冷裂纹倾向.     

圆振动筛箱体的焊接变形与残余应力分析

为了评估圆振动筛箱体的焊接强度,首先分析了四层圆振动筛的结构和焊接工艺,然后使用ANSYS软件,采用双椭球热源模型和热机耦合分析法对筛箱焊接过程进行数值模拟,最后计算出筛箱焊接后的变形量及残余应力分布。仿真结果表明:圆振动筛箱在焊接过程中宽度方向变形最严重,最大变形量为1.58 mm,沿焊缝方向纵向残余拉应力的最大值为210 MPa,等效残余应力最大值为195 MPa,筛箱焊接后质心位置变化和残余应力均满足焊接要求。     

基于SYSWELD的薄壁箱梁焊接过程模拟仿真

建立了低合金结构钢薄壁箱梁模型,校核了双椭球热源模型参数,利用有限元软件SYSWELD模拟其焊接过程,研究了焊接顺序对薄壁箱梁焊接残余变形和残余应力的影响,分析了焊缝和热影响区的组织。结果表明:不同的焊接顺序对薄壁箱梁的整体变形影响较大,变形较大的位置全部在上翼缘板。最大残余应力均分布在焊缝处,且越靠近焊缝,残余应力越大。在所选焊接工艺参数下焊缝和热影响区的组织以贝氏体为主,马氏体其次,有极其微量的残余奥氏体存在。     

钛合金厚板窄间隙焊接残余应力模拟研究

采用有限元软件对钛合金厚板窄间隙焊接接头的温度场和应力场进行了数值模拟,分析了多层多道焊下钛合金厚板残余应力分布规律。结果表明,焊接残余应力随距焊缝中心距离的增加而降低。高应力区位置出现在距焊缝上表面约5 mm深度位置,最大横向残余应力为383 MPa,最大纵向残余应力为628 MPa,均位于焊缝中心。需要采取优化焊接工艺或者消应力处理等方法,以避免因应力过大导致的结构失效问题。