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。     

综合控制焊接变形和防止热裂纹的新方法——双向预置应力法

提出一种既可控制薄板焊接变形又可防止焊接热裂纹产生的随焊同步进行的双向预置应力法,阐明该方法的基本原理并对该法防止高强铝合金LY12薄板焊接热裂纹和控制其焊后变形的有效性进行研究。在自行研制的预置应力设备上进行试验验证。双向预置应力下焊接试验结果表明,采用这一新方法可以有效地控制高强铝合金LY12的焊接变形及焊接热裂纹的产生。     

盲孔法测LY12铝合金焊接残余应力时应变释放系数的标定及塑性修正

采用有限元模拟与试验验证相结合的方法,对盲孔法测LY12铝合金薄板焊接残余应力时的应变释放系数A,B进行标定及修正;引入塑性附加应变,得到应变释放系数随形状改变比能参量变化的塑性修正公式,最后利用修正后的应变释放系数采用盲孔法测试了LY12铝合金对焊接接头的焊接残余应力,并和模拟结果进行了对比分析。结果表明:给出的塑性修正公式将焊接残余应力的测试误差由57.457%缩小到3.208%以内,修正效果良好。     

钛合金薄板激光焊接和TIG焊接残余应力数值模拟

基于有限元分析软件ANSYS，以激光焊接和TIG焊接温度场模拟为基础，对钛合金薄板的焊接残余应力进行了数值模拟，并分析了不同焊接工艺参数对激光焊接和TIG焊接残余应力分布的影响。数值模拟中考虑了材料参数的温度相关性，并与小孔释放法测试的焊接残余应力进行比较，结果表明：计算结果和测试结果吻合较好。     

铝合金平板钨极氩弧焊数值模拟与残余应力预测

利用ABAQUS有限元软件对铝合金平板钨极氩弧焊(TIG)焊接过程进行了数值模拟.首先应用移动的椭圆高斯分布表面热源作为输入热源,对TIG焊过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算.高度不均匀的焊接温度场,导致构件中产生较大的残余应力与变形.最后,对冷却后的平板残余应力进行了预测,并将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,两者吻合很好.     

随焊冲击旋转挤压控制LD10薄板件焊接变形和热裂纹的研究

LD10铝合金薄板在焊接过程中易产生焊接热裂纹,焊后薄板件易产生较大的焊接变形。采用冲击旋转挤压头对焊缝及相邻区域施加一定频率的冲击旋转挤压作用,使焊缝及近缝区产生塑性延展;对LD10常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的焊接残余变形与焊接残余应力进行测量,对比分析了常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的拉伸试验、维氏硬度、断口分析和金相组织,明确了随焊冲击旋转挤压工艺对焊接件组织及性能的影响。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压处理后,工件的残余应力被降低到较低水平,随焊冲击旋转挤压工艺起到控制焊接残余应力和变形的作用,并且抑制了焊接热裂纹的产生。     

不锈钢薄板对接焊仿真分析

在薄板焊接中,高温热源加载和移动后快速冷却,使得焊缝处存在焊接残余应力。为了预测焊接残余应力集中地方和大小,方便进行工艺设计,采用ANSYS WORKBENCH对不锈钢薄板对接焊焊缝进行数值分析,得出温度场和应力场分布。     

6系铝合金防撞梁焊接残余应力影响的耐撞性研究

为研究焊接残余应力对铝合金防撞梁耐撞特性的影响,用Abaqus数值仿真,分析4种焊接顺序下的防撞梁焊接残余应力场,并通过6系铝合金的Johnson-Cook本构与损伤模型建立防撞梁碰撞有限元模型,分析残余应力对其耐撞特性的影响。结果表明：在不同焊接方案下,沿焊缝方向的路径上焊缝端部的纵向残余应力因焊缝端部加热的情况不同而差异明显;采用退焊顺序能有效控制焊接残余应力。考虑焊接残余应力时,碰撞力峰值偏高,且吸能盒在压溃过程中材料开裂失效更严重。     

6061铝合金薄板焊接应力与焊接变形

研究了6061铝合金薄板TIG焊焊接应力、焊接变形与焊接电流、焊接电压和板材尺寸的关系.随着焊接线能量的增加,铝合金的纵向和横向收缩变形增加;随着板的长度的增加,由于约束增加,板的纵向残余变形减少,厚度方向的抗弯增大,横向变形增大.板焊后,焊缝处受拉应力,而紧靠焊缝的母材处却受压应力,其余部分受拉应力且焊接线能量越大,残余应力越大.     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

垫板导热能力对钛合金薄板焊接残余应力的影响

针对钛合金TC4薄板钨极氩弧焊(GTAW)分别在试件背面衬以铜垫板与覆盖石棉的垫板两种情况下所焊的对接试件,采用切条应力释放法测量了其中纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布,比较研究了不同导热能力的垫板对钛合金薄板焊接残余应力及纵向残余塑性应变的影响。测量结果表明:钛合金GTAW焊接过程中垫板不仅提供了对焊缝背面的保护,也影响了焊接纵向残余应力与纵向残余塑性应变的分布与大小。不同导热能力的垫板控制应力与变形的效果不同。铜垫板控制应力与变形的效果好于覆盖石棉的垫板。     

薄壁铝合金结构焊接应力变形数值模拟

实际结构焊接过程的三维数值模拟因为计算量大而往往难以进行。为了采用三维热弹塑性有限元方法对薄 壁铝合金结构的焊接过程进行数值模拟,提出了粘贴单元和混和单元两种网格划分技术相结合的单元划分方案进 行有限元建模,通过薄板对接模型试验验证了此方案的可行性,并研究了不同建模方案对计算效率的影响。将这 种单元划分方案应用到实际薄壁筒体结构焊接过程的数值模拟中,对焊接过程产生的残余应力和变形进行了成功 地预测。结果表明:对于薄壁构件,采用粘贴单元和混合单元相结合的单元划分方案可以在保证一定精度的前提 下,可大大减少有限元网格划分工作量,同时可降低计算规模,提高计算效率。     

残余应力对构件固有频率影响的讨论

以轴焊缝存在残余应力的矩形板为例，建立其残余应力的数学模型。推出存在残余应力时四边简支矩形薄板的固有频率计算公式。从理论和实验的讨论中得出，残余应力越大，固有频率变化越大；频率阶数越高，受残余尖力影响越大等结论。     

超声波消除铝合金焊接件残余应力的机理研究

介绍了残余应力的产生、影响及铸统消除焊接残余应力的方法和原理,并从宏观（应力应变）和微观（位错理论）两个方面阐述了利用超声波消除焊接残余应力的机理;利用盲孔法对铝合金焊接板残余应力消除前后进行了测量,其消除效果可达到38．7％,并采用金相分析的方法对焊缝组织进行了位错分析,证明经过超声处理后在焊缝组织中晶体产生位错滑移并细化了晶粒达到应力释放的目的,从而进一步证实了该方法的有效性.     

薄板TIG对接焊温度场的有限元模拟

焊件中的温度场分布反映了复杂的焊接热过程，是研究焊接变形、焊后残余应力等状况的基础。焊接数值模拟技术的出现，为焊接技术的深入发展创造了有力的条件。针对低碳钢薄板件TIG对接焊时，应用双椭圆分布热源模型，建立了TIG对接焊三维温度场有限元数值分析模型，将有限元解同实验结果进行了比较，两者基本吻合，表明了该分析模型的有效性，并以此有限元模型为基础，分析了两焊板间存在间隙和焊枪偏离焊缝中心这一实际情形下，温度场分布的不均匀性。     

钛合金大厚度试件电子束焊接残余应力有限元分析

基于热弹塑性有限元理论,建立了钛合金大厚度试件电子束移动热源的焊接残余应力三维数值分析模型,分析研究了厚度为75 mm的TC4电子束焊接试件残余应力分布规律。计算结果表明,大厚度电子束焊接试件在焊缝及其附近宽度约40 mm的范围内存在极其复杂残余应力,试件表面的焊缝及其附近20 mm左右的区域存在着对结构强度有利的横向残余压应力,但试件内部残余应力水平要高于表面的残余应力,尤其是在距起始和收尾端10mm及约1/4厚度处的区域,存在着三向的残余拉应力,且数值较高,对钛合金平板电子束焊接接头力学性能将具有重要影响,应引起足够的重视。钛合金平板电子束焊接残余应力的计算结果与实测结果基本一致。     

高强低合金钢焊接过程多物理场耦合数值模拟

目前高强低合金钢焊接数值模拟中,采用热-力耦合分析时,忽略固态相变效应,残余应力模拟值与试验测量值误差较大。为提高焊接数值模拟精度,根据多场耦合关系,基于传热学、固态相变理论和连续介质力学,建立焊接过程多物理场耦合本构方程,并通过子程序将其嵌入到通用隐式有限元程序中。采用数值模拟与试验分析的方法研究高强低合金钢小试样的自由膨胀试验、相变塑性试验及平板焊接试验应力及各应变分量的演变。研究结果表明：固态相变体积变化引起的相变应变对残余应力有显著影响,不但改变了残余应力的大小,甚至改变了残余应力的符号,考虑相变塑性应变时会降低应力的水平。残余应力改变程度与相变程度有关系：完全相变区影响最大,部分相变区次之,未发生相变区最小。相变应变和相变塑性应变最终大小相当。研究方法为深入了解高强低合金钢焊接过程和焊接工艺优化提供了理论基础。