基于电磁控制的随焊锤击对焊接残余应力的影响

针对焊接残余应力难以消除的特点,结合几种能够实现随焊锤击功能的方案,提出了一种基于电磁控制的随焊锤击消应力的工艺方法,并研制出了基于电磁控制的随焊锤击试验装置.采用小孔释放法测量随焊锤击前后的残余应力,通过对比和试验分析得出了影响电磁锤随焊锤击效果的主要参数,其中锤击力和锤击温度对焊接残余应力的影响显著.     

铝合金随焊控制焊接应力与交形的几种新方法

采用力学手段,对铝合金焊接熔池后方的脆性温度区间施加横向挤压应力,同时使焊缝纵向保持塑性延展,从而达到随焊控制焊接应力与变形并防止焊接热裂纹的目的.介绍了随焊冲击碾压、随焊旋转挤压、双向预置应力和随焊电磁冲击等几种控制焊接应力与变形的新方法.在合适的工艺参数条件下,可以将铝合金平板对接焊件的残余变形量降低到很低的程度,同时町以防止焊接热裂纹的产生.     

超声冲击对焊接结构残余应力的影响

以Q345钢结构箱型柱为对象，研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响。对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验，其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺。残余应力测量表明，采用冲击工艺，可以在焊缝表面一定深度(小于3mm)下产生压应力，最高测得-134MPa；焊趾冲击不但使焊趾表面产生压应力，也降低了焊缝的残余应力。对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示，在盲孔法测量的深度范围内，超声冲击可降低焊缝最大主应力约34％～55％。     

非铁金属的焊接

铝合金随焊控制焊接应力与变形的几种新方法 采用力学手段,对铝合金焊接熔池后方的脆性温度区间施加横向挤压应力,同时使焊缝纵向保持塑性延展,从而达到随焊控制焊接应力与变形并防止焊接热裂纹的目的。介绍了随焊冲击碾压、随焊旋转挤压、双向预置应力和随焊电磁冲击等几种控制焊接应力与变形的新方法。在台适的工艺参数条件下,可以将铝合金平板对接焊件的残余变形量降低到很低的程度,同时可以防止焊接热裂纹的产生。     

非铁金属的焊接

铝合金随焊控制焊接应力与变形的几种新方法 采用力学手段,对铝合金焊接熔池后方的脆性温度区间施加横向挤压应力,同时使焊缝纵向保持塑性延展,从而达到随焊控制焊接应力与变形并防止焊接热裂纹的目的。介绍了随焊冲击碾压、随焊旋转挤压、双向预置应力和随焊电磁冲击等几种控制焊接应力与变形的新方法。在台适的工艺参数条件下,可以将铝合金平板对接焊件的残余变形量降低到很低的程度,同时可以防止焊接热裂纹的产生。     

AH36薄板不同焊接工艺下应力的三维数值模拟

通过建立三维有限元模型,对不同焊接条件下6 mm厚AH36钢薄板焊接残余应力峰值和分布进行了数值计算和试验研究.结果表明,在冷却方式相同的情况下,焊接应力峰值与热输入相关,采用混合焊方法的试样应力较大;在焊接方法相同的情况下,不同冷却方式的纵向焊接应力分布规律不同.与常规焊相比随焊激冷改善了焊接残余应力场分布,尤其是降低了残余拉应力峰值.为验证有限元模拟结果的准确性,采用相同参数进行焊接试验,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用三维有限元模拟技术可以掌握不同焊接条件下焊接应力演变规律,为控制焊接残余应力提供了依据.     

随焊加载冷源或位移控制载荷的无应力焊接方法

应用一维杆模型论证了随焊加载冷源或位移控制载荷实现无应力焊接的原理. 应用数值模拟探讨了其实现方式，对7种加载方案下杆件中心点应力、塑性应变等物理量的时程分布进行了数值模拟对比研究，认为任意时刻外加位移控制载荷产生的机械应变和热输入满足一定条件时焊后残余应力为零. 随焊降低残余应力的工艺在焊件局部区域产生的变形速率与该局部区域的热膨胀或收缩变形量速率大小相同时，降低残余应力的效果达到最优. 应用模型导出的原理对焊前预拉伸、焊前温差拉伸、动态温差拉伸、低应力无变形焊接(LSND)等工艺的原理和参数设置依据进行了讨论. 结果表明，使焊件内部在冷却时产生足够大的拉伸塑性应变，是降低焊接残余应力的有效途径.     

热焊工艺对Q235钢焊接残余应力的影响

对Q235试板分别在室温下进行焊接焊后自然冷却及加热到300、500、600和650℃进行焊接焊后保温缓冷(即热焊工艺),用小盲孔法测量焊接残余应力.实验结果表明,采用热焊方法进行焊接能够有效降低焊接残余应力,且加热温度越高,焊接残余应力降低效果越好.     

过载拉伸消除不锈钢焊接残余应力的数值分析

用试验与数值模拟相结合的方式对过载法消除残余应力做了定量分析.采用SYSWELD软件对多层焊进行焊接模拟,得到焊接后残余应力场,将其导入Nastran软件,再进行过载拉伸模拟,研究其残余应力的变化规律.结果表明,随着过载拉伸作用的逐步增大,焊接残余应力峰值大幅降低,且焊接残余应力分布更加均匀,但是超过一定数值以后,残余应力消除的效果逐步减弱.计算结果与X射线测量结果趋势吻合,表明该数值方法是可行的.研究方法和研究结果对焊接残余应力消除提供参考.     

随焊冲击碾压减小应力变形防止热裂纹应变场分析

随焊冲击碾压法(weld with Trailing Impact Rolling，WTIR)是一种降低应力、减小变形防止热裂纹的新方法。文中分析了在前后冲击碾压轮作用下，焊缝金属塑性流动和应变场的变化规律，揭示了这种方法的机理。前轮周面内凹，迫使焊缝金属由焊趾处向焊缝中心流动，对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变，减小甚至抵消致裂的拉伸应变，防止了焊接热裂纹的产生。后轮缘稍向外凸，将焊缝金属冷却产生的压缩塑性变形充分碾开，减小了工件的应力和变形。试验结果表明，随焊冲击碾压能有效地防止焊接热裂纹的产生，将试件的纵向挠曲变形与横向收缩变形量控制到常规焊接状态的1／10和1／5左右，同时能将薄壁构件焊接残余应力控制到非常低的水平，甚至由拉应力状态转变为压应力状态，验证了应变场分析的正确性。     

钛合金薄板焊接应力的随焊锤击控制

将随焊锤击技术应用于钛合金薄板焊接应力与变形控制，分别对TC4钛合金薄板进行常规焊和采用随焊锤击技术对焊接应力与变形进行控制，结果证实，随焊锤击工艺有效地减小了薄板焊件的挠曲变形，焊缝的纵向残余应力减小到常规焊的1／10，最大焊接挠曲变形由常规焊的15mm减小为5mm。     

NUMERICAL SIMULATION OF CONTROLLING IN TITANIUM ALLOY SHEETS WELDING RESIDUAL STRESS BY TRAILING PEENING

It is a promising and new technology to apply welding with trailing peening to control welding stress and distortion of titanium alloy. Numerical simulation of conventional welding and welding with trailing peening of the titanium alloy sheet is carried out, using nonlinear finite element theory and the engineering analysis software MARC. The result shows that welding with trailing peening technology reduces longitudinal residual stress in welding joint effectively, and it is more effective to reduce residual stress to peen the weld than to peen the weld toe. It is a effective result that other technolooy and method used in welding can never achieved.     

Controlling welding residual stress and distortion by a hybrid technology of transient thermal tensioning and trailing intensive cooling

ABSTRACT

A new method of hybrid technology for controlling welding residual stress and distortion is proposed, which contains the transient thermal tensioning with two symmetrical heat sources ahead and the trailing intensive cooling with a cooling source behind the welding heat source during the welding process. Welding temperature, stress and distortion were compared and discussed under different welding processes by experimental and numerical methods. The results reveal that the hybrid technology adjusted the temperature field during welding and redistributed the longitudinal residual stress of welding joint. Thus, the welding residual distortion was reduced. Compared with conventional metal inert gas welding, the reductions of the welding residual stress and distortion of joint by the hybrid technology reached 65% and 58%, respectively.     

基于电磁力随焊控制残余应力和变形的可行性分析

提出了基于脉冲电磁力随焊控制焊接应力及变形新方法.针对平面螺旋线圈,采用ANSYS软件论证了该方法的可行性.该方法的基本思想是将电磁线圈置于焊件上方,并在焊接过程中使其始终处于靠近焊枪的合适位置.将线圈通入较大的脉冲电流,产生变化磁场,使焊件感生涡流,线圈和焊件之间产生电磁力的作用.依靠电磁力对热态焊缝及近缝区金属的延展作用控制残余应力及变形.结果表明,平面螺旋线圈轴向电磁力的方向垂直板面向下,能够延展高温金属.基于电磁力随焊控制焊接残余应力和变形是可行的.     

A new method for welding aluminum alloy LY12CZ sheet with high strength

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｉｎｐｌａｔｅ ｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄａｅｒｏｓｐａｃｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ .Ｄｕｅｔｏｓｅｒｉｏｕｓｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ,ｈｉｇｈｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｔｏｈｏｔｃｒａｃｋｉｎｇ ,ｌｏｗｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｕｃｔｉｌｉｔｙｏｆｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔ,ｔｈｅｆ…     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.     

焊接数值模拟技术在电机制造应力控制上的应用

依托焊接数值模拟技术在转轮上的实际应用成果,对比分析了几种焊接残余应力控制手段在电机关键部件上的应用特点,探讨了数值模拟技术在电机关键部件焊接上的应用前景及意义。通过对比分析可知：焊后热处理消应力和振动时效消应力方法对焊接应力在一定程度上均能起到降低作用,但其效果均因条件限制而有一定的局限性。焊接数值模拟技术可以利用计算机及软件对应力场进行调控,具有高度的可重复性,缩短周期,降低成本,在焊接阶段将应力控制在低应力水平,该项技术在电机制造上将会有广阔的应用前景。     

随焊干冰激冷冷源尺寸对焊接残余应力影响的有限元分析

文中利用米粒状干冰颗粒作为冷却介质进行随焊激冷,通过将干冰颗粒与压缩空气混合,借助喷枪从喷嘴直接喷射于试板上,干冰颗粒与试件接触瞬间升华带走大量热量,实现局部快速冷却.基于热弹塑性有限元方法,对1561铝合金随焊激冷焊接的方法进行了模拟,分析不同长度和宽度的矩形冷源对随焊激冷控制残余应力的影响,从而对干冰喷嘴出口形状设计进行指导,以优化随焊激冷控制焊接应力与变形的效果.结果表明,最佳矩形冷源的长宽为40 mm×25 mm,板中心纵向残余拉应力由162 MPa降低为零,板两端纵向残余压应力由常规焊接的59.3 MPa减小到20.4 MPa,减小大约65.6%.     

灭菌器组合工艺焊接残余应力的消除与评价

针对国产脉动真空灭菌器内腔焊缝处多次开裂现象,围绕焊接残余应力及消除方法进行了系列研究.根据市场上灭菌器异种钢间断角焊缝特征设计了7种组合结构焊板,应用X射线法定量给出了残余应力分布规律,并对用焊后浇水速冷处理工艺消除残余应力的尝试进行了试验验证.结果表明,各种焊板残余应力均达到屈服应力,由此引起的应力腐蚀与腐蚀疲劳是灭菌器内腔开裂的直接原因;二氧化碳焊接工艺残余应力较焊条电弧焊高10%～22%,残余应力与加强筋类型基本无关;浇水速冷处理工艺可有效降低表面残余应力,降幅达50%～70%,提高疲劳极限12%～14%.有效降低焊接残余应力是解决内腔开裂的重要途径.