S355管板相切T形接头残余应力数值模拟与试验验证

管板T形接头是轨道车辆转向架构架中应用较多的接头形式之一,各类吊座等均通过该接头形式与横梁进行连接,其焊接质量直接影响着转向架的稳定性和承载能力。文中以S355低合金钢作为试验材料,利用SYSWELD有限元软件,并结合多层焊的热力耦合特征,对管板相切T形接头焊后残余应力进行了耦合计算;采用X射线衍射法对管板相切多层焊T形接头的焊后残余应力进行了测试。对比分析模拟和试验结果表明:二者结果吻合良好,为实现工艺优化设计提供了基础。对于横向残余应力,最大残余应力出现在焊趾附近,且在垂直于焊缝方向的横向应力呈现出焊缝中心受拉应力和远离焊缝的管表面一侧承受压应力;对于纵向残余应力,最大残余应力也出现在焊趾附近,并在焊缝的中心位置处出现最大值,然后沿着垂直于焊缝方向逐渐减小。     

TC4钛合金对接板焊接残余应力仿真分析与试验验证

基于热弹塑性理论,通过顺序热力耦合方法对TC4钛合金TIG多层多道焊焊接残余应力场进行计算。在试验基础上,利用弹性有限元方法计算获得TC4钛合金应力释放系数,并采用盲孔法对焊接试板进行残余应力测试试验,将试验值与仿真结果进行对比,结果表明：焊接残余应力仿真值与试验值具有较高的吻合度,在焊缝及焊趾处存在较大的残余拉应力,且随着距焊缝中心距离的增加,残余应力值逐渐减小。     

基于SYSWELD的转向架侧梁焊接残余应力数值模拟

转向架侧梁是转向架的重要承载和传力构件,其焊后残余应力和变形直接对轨道机车车辆运行安全造成重大影响。本文采用法国ESI公司开发的焊接专用大型有限元分析软件SYSWELD,以简化的热循环曲线法代替传统的移动热源模型,对一种新型转向架侧梁的48条焊缝焊后应力状况分布进行了数值模拟。结果表明:残余应力主要分布在焊缝区域、加强肋位置和腹板孔洞处;残余应力峰值出现在上盖板与腹板连接焊缝处;下盖板与定位座焊缝处残余应力变化呈现明显下降趋势。     

直驱永磁同步风力发电机支架主焊缝残余应力研究

针对风力发电机支架中主焊缝的焊接残余应力展开测量试验研究。选用MAG焊预制实际工况下40 mm厚的Q345D平板对接接头,按指定的焊接工艺规程完成多层多道焊接。焊接过程采用小孔法分别测试第4道、8道及12道焊后接头残余应力,测试结果表明纵向残余应力(σx)在焊缝中心区为残余拉应力峰值区,向母材方向逐渐减小,在远离焊缝中心的母材上为残余压应力;横向残余应力(σy)从焊缝中心区附近向母材一端残余拉应力由峰值逐渐减小。     

地铁转向架构架脉冲MAG焊工艺及数值模拟

文中以地铁转向架构架中典型T形接头为研究对象,选用高频脉冲MAG焊和常规脉冲MAG焊方法,使用合理的焊接工艺参数对12 mm厚S355J2W耐候钢进行焊接。用Sysweld数值模拟软件,采用热弹塑性法顺序耦合的方式对T形接头进行温度场、应力场仿真分析,并对接头焊趾处的残余应力进行了测试。结果表明：与常规脉冲MAG焊相比,高频脉冲MAG焊接头具有峰值温度较高、冷却速度更快的热循环特征;无论是高频脉冲MAG焊还是常规脉冲MAG焊,残余应力最大值均在焊缝区,且随着焊缝距离逐渐增大,残余应力逐渐减小并趋于零,高频脉冲MAG焊焊趾处最高残余应力实测值比常规脉冲MAG焊时的减小13.7%(数值模拟的减小约20.1%)。残余应力实测结果与模拟仿真结果基本吻合,验证了数值模拟结果的准确性和可靠性。     

基于数值仿真的动车组横梁管焊接顺序优化

横梁管是机车转向架构架的重要组成构件之一,起到连接两边侧梁与横向止挡的作用,是主要承载及牵引部件,随着动车组运行速度的不断提升,对转向架构架横梁管在复杂载荷作用下的承载能力的要求不断提高。本文以某型号的高速动车组转向架构架横梁管为研究对象,采用数值仿真的方法,研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的分布规律,并以此进行焊接顺序的优化。结果表明:对于横梁管自由端焊接变形,方案1和方案2的变形量明显大于方案3的,方案3的整体焊接变形最小、端面平整度最好;对于横梁管焊接残余应力,3种方案在焊缝表面、焊趾处、熔合区处的Mises应力相差不大,变化趋势也基本相同;方案3,即正-逆交替焊接的方法在不增大应力的情况下可以有效地控制焊接变形。本文结论能够有效地控制机车转向架构架横梁管的焊接残余应力与变形、改善接头焊接质量,为实际生产提供数据参考。     

地铁转向架构架T形接头应力应变数值模拟及显微组织

文中以80 km/h B型地铁转向架构架为研究对象,采用高频脉冲MAG焊与常规脉冲MAG焊对S355J2W耐候钢进行T形接头焊接工艺试验,对焊缝进行显微组织观察和力学性能试验;使用Sysweld数值模拟软件进行典型接头的温度场和应力应变场数值模拟;并对接头焊趾处的残余应力进行了测试,结果表明：无论是高频脉冲MAG焊还是常规脉冲MAG焊,残余应力最大值均位于焊缝区,且随着距焊缝距离的逐渐增大,残余应力逐渐减小并趋于零,高频脉冲MAG焊的焊接接头残余应力比常规脉冲MAG焊的焊接接头,σ_y减小约26.3%,σ_x减小约11.1%,常规脉冲MAG焊的总体变形为1.22 mm,高频脉冲MAG焊的总体变形为0.79 mm,总体变形量减小了35.2%。     

桥面钢箱梁结构焊接变形的有限元模拟

针对桥面钢箱梁结构焊接残余应力和焊接变形复杂的问题,采用ANSYS软件对不同焊接顺序条件下的残余应力和残余变形进行数值模拟,从而优化了焊接工艺。结果表明,采用对称焊接的方法能够显著减小焊后残余应力和残余变形;第四种焊接顺序为最优的焊接顺序,残余应力集中于焊缝附近,焊缝区域的残余应力在270 MPa左右,建议在焊后对工件进行热处理消除残余应力;焊后变形为挠曲变形,变形为对称分布,从工件两端向中间变形量逐渐增大,最大变形量为14.4 mm,建议通过反变形的方法和对称焊接工艺对钢箱梁结构进行焊接。     

X70管线钢厚板多层多道焊残余应力数值分析

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊接过程中焊缝金属填充的模拟,分别以半椭球体电弧热源模型和均匀柱体分布的熔滴热源模型为热源模型,建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,数值计算并分析了焊接过程中温度场和应力场演变、焊后残余应力状态。结果表明,经过多次焊接热循环后先形成的焊缝的应力状态与母材中焊接热影响区的应力状态接近;接头焊根处的残余应力要比盖面焊趾处的残余应力高,根焊两侧焊根的残余应力大小未受两侧板厚的差异影响,数值均达到468 MPa,焊缝焊趾与焊根处残余应力均低于母材屈服强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

合理焊接顺序在避免焊趾裂纹中的应用实例

通过实例介绍如何采用合理的焊接顺序来避免焊趾裂纹的产生。在焊接结构上,焊趾是主要的潜在裂纹源。一些表面裂纹可能在焊趾上先后成核、扩展,最终沿深度方向贯穿板厚。焊趾裂纹的产生与焊缝的受力状态有关。这种裂纹因位于焊缝的应力集中区内,受到高应力的作用,同时还受到附加弯矩的作用。合理的焊接顺序能够极大地减少焊缝中的残余应力和变形,此外活马板的使用能够使焊缝自由收缩,也可减小焊缝中的应力,避免焊趾裂纹的产生。     

焊接顺序及热处理对T91/12Cr1MoV异质接头残余应力影响的数值分析

利用ABAQUS有限元软件,对T91/12Cr1MoV钢管道多层多道焊异质接头进行焊接残余应力有限元模拟,分析焊后热处理和两种焊接顺序对接头内残余应力的影响。结果表明,焊接接头在外壁T91侧热影响区存在最高轴向和环向拉应力。焊接各层焊道时,对比从12Cr1MoV侧向T91侧与从T91侧向12Cr1MoV侧依次焊接各焊道所获得的残余应力,后者所获得的残余应力较低,特别是在管道的外壁处尤为显著。热处理后管道焊接残余应力有所降低,但在T91侧热影响区仍存在较大的残余应力。     

压力容器吊耳多层多道焊不同焊接顺序的数值模拟

采用有限元软件对压力容器吊耳的焊接进行三维多层多道焊仿真模拟,运用生死单元技术对2种不同焊接顺序进行焊接填充仿真,得到不同焊接顺序下焊接接头的温度场、残余应力场以及变形场,对结果进行数值分析及比较,并对性能较好的工艺进行计算及硬度测试验证。结果表明:焊接顺序对残余应力及变形有很大影响,后续道次的焊接对已填充完成的焊缝有预热作用,并消除部分残余应力;焊缝方向中心区域应力水平超过材料屈服强度,为耳板焊接结构易断裂区域;单边依次焊接方案较双边交替焊接方案获得的残余应力小,硬度试验及强度计算结果表明,该方案满足实际工程要求,为实际焊接提供参考依据。     

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.     

超细晶Q460钢多层多道焊接头残余应力的数值模拟

依据热弹塑性理论,建立了超细晶Q460钢多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ANSYS有限元分析软件对超细晶钢多层多道焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.结果表明,焊接过程中每层焊缝表面的纵向应力峰值逐渐减小.焊接结束后,焊缝及其近缝区域表现出较高的纵向残余拉应力,应力峰值与材料屈服强度相近.焊根处横向残余拉应力明显较高,但应力峰值小于屈服强度.Von-mises等效应力在起弧及熄弧端较大,达到屈服强度,其余位置均小于屈服强度.     

转向架构架T形接头单丝、双丝焊接热源模型及应力场数值模拟

为了探究动车组转向架构架T形接头单丝、双丝GMAW焊接温度场及应力场分布特征,基于ABAQUS有限元分析软件,采用数值模拟与实际测量相结合的方式,以转向架侧梁SMA490BW耐候钢T形接头为研究对象,分别建立了单丝及双丝焊的热源模型,模拟了接头的焊接温度场和焊后残余应力场,并通过试验对模拟结果进行了验证.结果表明:单丝焊和双丝焊的焊缝模拟尺寸与测量结果的相对误差均不超过5％.与单丝焊相比,双丝焊的熔池峰值温度提高,熔池在长度方向上被拉长,焊缝厚度明显增大,焊脚尺寸也略有增大,焊后残余拉应力分布范围有所减小,焊缝最高残余拉应力下降8.5％.     

中厚板机器人横焊接头残余应力的有限元分析

依据热弹塑性理论,建立了中厚板机器人多层多道焊三维热力学有限元模型。利用ABAQUS有限元分析软件对中厚板机器人横焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析。分析结果表明,接头表面的纵向残余应力在焊缝区域内表现为拉应力,在远离焊缝的母材区域内表现为压应力,且开坡口一侧母材区域的残余压应力值高于未开坡口侧;对于横向残余应力,接头表面表现为拉应力,且焊缝区域附近拉应力较高,焊趾处出现应力峰值。对于接头横截面,沿板厚方向上,焊缝区表现为拉应力;沿板宽方向上,近焊缝上下表面区均为拉应力,焊缝中心区域则表现为压应力。将模拟结果与盲孔法测试结果进行对比,两者较吻合。     

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.     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

焊接顺序对动车组电机吊架焊接残余应力和变形的影响规律研究

电机吊架是高速动车组特有的悬挂驱动装置,动车组转向架上的2台牵引电机是通过电机吊架连接的,随着动车组运行速度的不断提升,对电机吊架在复杂载荷作用下承载能力的要求不断提高。然而电机吊架在焊接成形时焊缝较多,且主要为多道焊,不合理的焊接顺序会导致焊后存在较大的焊接残余应力和变形,对构件的服役过程产生重要影响。因此,焊接顺序的合理设计与优化对控制焊接残余应力和变形起着重要的作用。本文以某型号的高速动车组电机吊架为研究对象,借助有限元数值仿真方法研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的影响规律。通过对电机吊架3种不同焊接顺序模拟结果与尺寸公差以及残余应力实测结果的对比分析,得出最优焊接方案,该方案将对动车组电机吊架的实际生产具有一定的指导意义.     

焊趾TIG重熔对转向架用P355NL1钢对接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对转向架用P355NL1钢对接接头的残余应力进行了测试。研究T IG重熔处理对单面焊双面成型和封底焊对接接头残余应力的影响。结果表明,TIG重熔处理对降低单面焊双面成型接头焊趾处纵向残余应力有显著影响,但会提高封底焊接头焊缝和焊趾的纵向残余应力。单面焊双面成型接头焊态横向残余应力值总体大于封底焊焊态接头横向残余应力。焊趾T IG重熔增加了单面焊双面成型对接接头焊趾区域横向压应力值,但对封底焊接头焊趾处横向残余应力没有影响。