随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理

从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板焊接变形的有效可行性,分析了随焊高速气流载荷对薄板应力演变规律的影响,阐明了其控制焊接残余应力及变形机理.基于有限元法分析了温度场及应力场,确定了气动载荷与热源作用距离这一关键因素,并获得了气体压力的合理有效范围.在自行研制的随焊高速气流场装置上进行试验验证.结果表明,当气动载荷作用距离为20 mm、气动载荷为30 MPa时,焊接失稳变形基本消失,焊缝中截面上的纵向残余拉应力峰值较常规焊下降了77.73%,残余压应力峰值下降了69.23%,板边变形最大挠度仅为0.9 mm,较常规焊的8.5 mm下降了89.41%.试验结果与模拟结果吻合良好,验证了随焊控制模型的正确性.     

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%.     

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。     

LD10薄板随焊锤击工艺的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的随焊锤击工艺进行三维模拟,为优化铝合金随焊锤击工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:由于焊接热源后的锤击作用使得作用区域的金属发生了塑性延展,从而导致工件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,随焊锤击能够减少焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,降低了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

温差拉伸和随焊激冷配合使用控制焊接变形

对温差拉伸和随焊激冷配合使用控制铝合金薄板焊接变形的联合工艺进行了数值模拟和试验研究。数值分析表明 ,随焊激冷更倾向于在焊缝中心造成显著的纵向塑性拉伸 ,而温差拉伸则倾向于在近缝区造成显著的塑性拉伸。将二者配合使用 ,不仅可以靠温差拉伸将焊缝和近缝区在加热阶段形成的纵向塑性压应变控制在较低的水平 ,还可以靠随焊激冷增加冷却阶段的纵向塑性拉伸进一步抵消焊缝区已经形成的压应变。因而充分发挥二者的作用 ,有效地控制焊件的残余变形。试验研究与数值模拟得到的结论基本一致 ,随焊激冷和温差拉伸联合使用 ,可使 5 4 0mm× 3 0 0mm× 2mm的LY1 2CZ薄板焊后纵向挠曲由单独使用温差拉伸时的 2 .87mm和单独使用随焊激冷时的 4 .88mm降低到 0 .80mm的水平     

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.     

基于计算机技术铝合金7075激光焊接仿真分析

利用计算机分析技术对7075铝合金激光焊接过程进行了动态模拟与分析,在对激光焊接温度场进行数值模拟的基础上,分析铝合金7075薄板残余应力和变形.结果表明:采用激光焊接功率为4kW、焊接速度为20 mm/s时,其焊后变形为0.16 mm,焊后残余应力也相对较小,并没有超过铝合金7075的屈服强度455 MPa,这表明采用该激光焊接工艺能够成功实现7075铝合金的激光焊接,而不产生明显的焊接变形和过大的残余应力.     

随焊激冷控制铝锂合金焊接接头残余应力规律研究

采用ABAQUS软件对不同焊接工艺条件下2 mm铝/锂异种金属薄板搅拌摩擦焊过程进行数值模拟，通过建立搅拌摩擦焊热源与干冰冷源模型，将空冷和随焊干冰激冷条件下的温度场与应力场进行对比分析，研究发现：焊接温度场呈现前小后大的椭圆形分布，在垂直于焊缝方向的残余应力表现为“M”型趋势，并且残余应力的峰值位于搅拌头轴肩作用区的边缘位置。相较于空冷条件，随焊激冷工艺条件下AA2060焊件上表面的应力峰值降低约13%。在相同激冷距离下，随着激冷强度降低，热源与冷源间的温度梯度增大，焊件的残余应力降低，结果表明随焊激冷技术可以有效控制铝/锂薄板焊接残余应力。     

TC4薄板随焊旋转挤压工艺

薄板钛合金由于在焊后存在较大的残余压应力,使得其易发生失稳变形.采用随焊旋转挤压方式,对焊缝高温部位进行塑性延展,减少焊接时所发生的塑性收缩量,降低残余压应力的值,从而降低焊接变形量.采用拉伸试验、拉伸断口SEM分析和焊后薄板的变形挠度的测量等试验.结果表明,随焊旋转挤压焊件的变形挠度可以下降到常规焊件挠度的2/3,并且随着加载应力的增加,变形的挠度可以进一步下降.说明在焊接过程中采用随焊旋转挤压方式控制薄板TC4失稳变形是可行的.     

1.8mm2024-T4铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为1.8mm2024-T4铝合金薄板进行焊接实验,通过高压水冷装置来控制由残余应力产生的失稳翘曲变形,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明:用搅拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板可得到外表成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在冷却水压为0.4MPa、搅拌针旋转速度为2100r/min、焊接速度为120mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头强度可达到377.9MPa,达到母材强度的80.39%.     

LD10铝合金随焊碾压工艺的有限元分析

焊接过程产生的焊接应力和变形,不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。本文基于LD10铝合金薄板焊接构件的特点,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、材料空气散热系数、焊接与冷却时间、碾压力等边界条件,建立了LD10工件的随焊碾压有限元模拟模型。通过模拟其焊接过程,对比了常规焊接和随焊碾压工艺条件下,薄板的残余应力与应变情况,比较不同的碾压参数下焊件的残余应力与应变,确定了碾压力及压下量对焊接残余应力的影响。在此基础上明确了随焊碾压控制焊接残余应力应变的力学机理。     

双馈风机导流栅焊接变形控制工艺

以风力发电中双馈机组使用的2A12-T4铝合金导流栅为试验对象，选择富氩混合气体保护焊工艺焊接导流栅，分析导流栅焊接的受力情况，并利用多工序连续仿真法，优化控制热输入、焊接时的固定方式、受力情况三方面的焊接工艺，通过Abaqus有限元软件仿真模拟焊接变形、应力，分析优化后的焊接工艺变形控制效果。试验结果表明：优化控制后，导流栅焊缝处未出现毛边和外溅现象，焊缝整齐、美观；焊缝上表面处的残余应力最高为35 MPa,最小值为-17.5 MPa,残余应力较小，有效缓解了导流板的焊接变形；3个方向上的最大变形位移为0.20 mm;最小变形位移为0.02 mm,焊接工艺优化控制效果良好。     

随焊激冷减小铝合金薄板的焊接变形

研究了随焊激冷减小铝合金薄板焊接变形的效果及夹具的散热条件对该效果的影响,研究表明,随焊激冷能够减小铝合金薄板的焊接变形,其效果受夹具自身冷却作用影响很大。随着夹具散热条件的降低,随焊激冷所起的作用增强,但降低焊接变表的效果仍不够明显,适当预热夹具本身可以减小焊接变形,但更重要的是预热使激冷造成了温差拉伸,因此获得了最小的焊接变形。     

LD10随焊预拉伸作用位置的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的预拉伸工艺进行三维模拟,为优化铝合金预拉伸工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:在弹性应力范围内,随着预应力作用范围的增大,试件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,预拉伸应力部分抵消了焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,减小了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

基于复合搅拌摩擦焊的6063铝合金焊接接头残余应力控制研究

分别采用普通搅拌摩擦焊和带随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置的复合式搅拌摩擦焊对6063铝合金薄板进行焊接试验,并对两组试验的纵向残余应力数据进行对比分析。试验结果表明:普通搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力是拉应力,其值为83.6 MPa,位于前进侧的搅拌头轴肩边缘处。前进侧与返回侧两侧的纵向残余应力基本对称,从焊缝中心到边缘,纵向残余应力由小变大后再变小,最后转变为压应力;复合搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力比普通搅拌摩擦焊减小了38.9 MPa,其分布与普通搅拌摩擦焊时基本相同,但其变化范围窄。这说明随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置能有效减小纵向残余应力,从而能减小焊后变形,提高搅拌摩擦焊接接头质量。     

LY12CZ铝合金随焊锤击碾压工艺优化

针对生产现场大尺寸LY12CZ铝合金薄板(2500 mm×6000 mm×2 mm)拼焊制造过程中的热裂纹和焊接变形问题,采用自动TIG拼焊设备的动态随焊锤击碾压焊接技术对焊接工艺进行了优化.通过与常规焊接的焊接金相、力学性能试验和断口扫描电镜进行对比显示,通过工艺优化,随焊锤击碾压技术有效降低了焊接残余应力,减小了焊接变形,并使锤击碾压行为与焊接熔池的凝固过程相匹配,从而防止了LY12CZ铝合金热裂纹的产生.     

薄板加强筋结构焊接过程的有限元模拟

针对薄板加强筋结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,先对单一T型接头进行数值模拟以验证焊接模拟的合理性,最后对薄板加强筋结构焊接温度场和应力场进行数值模拟。结果表明,T型接头在焊后发生了角变形,最大的变形量位于底板的角点处,大小为5.0 mm,数值模拟与残余应力测试结果表现出很好的一致性;薄板加强筋结构焊后残余应力主要沿着焊缝分布,在远离焊缝处残余应力迅速减小,最大残余应力位于横向筋板与底板焊缝处,大小为329 MPa;薄板加强筋结构焊后最大变形处位于底板的角点处,数值模拟得到的最大变形量为107 mm,实际测量的最大焊接变形量为105mm,数值模拟与实际焊接变形结果较好的吻合。     

薄板T型焊残余应力数值模拟与试验研究

基于ABAQUS计算软件建立了薄板T型焊的三维有限元模型,采用Goldak双椭球移动热源模型,运用热-弹-塑性力学的顺序耦合计算方法模拟得到薄板T型焊的焊接残余应力、温度场及变形。为了验证数值计算方法的有效性,进行了Q235钢薄板T型双边焊接试验,采取通孔法测量了焊件给定测点的残余应力。结果表明:数值模拟得到的焊接残余应力峰值大小和分布规律与试验结果吻合较好。     

医疗器械机架激光焊变形分析及控制方法

过高的温度会影响医疗器械机架激光焊效果,为解决这一问题,提出医疗器械机架激光焊变形分析及控制方法。在分析医疗器械机架激光焊变形前,优先分析激光焊参数对产生焊接变形的影响,将其作为信息基础进一步获取医疗器械机架激光焊的变形量。结合Ansys软件模拟机架激光焊温度场变化结果,分析医疗器械机架激光焊变形情况;基于分析结果将机架焊缝变形量作为模型建立依据,构建超声波激振控制模型,利用该模型减小机架激光焊后的残余应力,达到降低焊接变形的目的,实现焊接变形控制。试验结果表明,通过对该方法弯曲挠度值测试和控制效果测试,验证了该方法的有效性。     

6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊与MIG焊的数值分析

以轨道车辆用铝合金车钩面板为研究对象,应用数值分析技术,分别模拟了车钩面板MIG焊与搅拌摩擦焊的焊接过程,得到2种焊接方法的焊后变形与残余应力,并进行对比分析。结果表明:采用MIG焊的车钩面板焊接变形呈马鞍状,最大变形量为-1.515mm;较大的焊后残余应力主要集中在焊缝区,最大应力值为248 MPa。搅拌摩擦焊后的车钩面板为反马鞍状变形,变形最大值为-0.72 mm,焊缝区残余应力最大值为225 MPa。经对比可知,采用搅拌摩擦焊的车钩面板焊后变形小于MIG焊的,且焊道中的残余应力较小,为较优的焊接方法。研究结果对促进搅拌摩擦焊在铝合金轨道车辆上的应用具有十分重要的现实意义。