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.     

船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟

运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.     

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。     

Q460钢T型接头单边开坡口非对称焊接的数值模拟

通过Ansys有限元模拟软件模拟了Q460钢单边开坡口的T型接头在非对称焊接过程中的温度场和应力场,预测了焊件的焊后变形。结果表明,随着距焊缝中心的距离增加,应力逐渐减小,焊接接头产生了角变形,焊缝中间为拉应力,焊缝两端为压应力。     

薄板结构焊接残余应力的数值分析

运用有限元方法,对大型客车车身薄板结构焊接时采用的电铆焊、连续焊、断续焊及塞焊的残余应力进行了热-弹塑性数值模拟.分析了连续焊缝、电铆焊和塞焊残余应力分布特点.结果表明,电铆焊、塞焊、断续焊所产生的应力场为波浪起伏的不均匀拉应力,不会造成薄板结构的失稳变形.而连续焊时焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力,此压应力造成薄板结构的失稳变形.模拟结果为薄板结构焊后失稳变形的评判提供了理论参考.     

氩弧焊电流对1 mm厚Q235薄板焊后变形和残余应力的影响

为了解焊接电流对1 mm厚Q235薄板的焊后变形、残余应力及组织的影响,进行了不同焊接电流的焊接试验。对薄板的焊后变形和残余应力进行了测量,并对焊接接头的组织进行了观察分析。结果表明,随着焊接电流的增加,薄板的变形量减小。在焊缝区,横向应力和纵向应力均为压应力,随着距焊缝中心距离的增加,横向应力和纵向应力变为拉应力;随着焊接电流的增加,焊缝区晶粒增大,过热区和正火区的晶粒更细小。     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

约束状态对SUS304薄钢板单面激光焊接变形的影响

为了揭示约束状态对SUS304不锈钢薄板单面激光焊接变形的影响,进行了不同约束状态下的薄板激光焊接实验及其焊后变形的几何测量。根据脉冲激光焊接工艺条件进行约束方案设计,利用激光焊接系统对0.4 mm厚不锈钢板进行自熔性对接焊,通过三坐标测量获取四种不同约束状态下的薄板焊接几何变形增量。结果表明,约束状态是影响薄钢板焊接变形的关键因素,变形量随着约束强度增加而减小,变形程度是单边约束双边1/3约束双边2/3约束对边预紧且双边约束;不同方案下的厚、横向变形范围分别是2.088～3.616 mm和0.631°～1.10°,位移约束使焊件纵向上弯曲变形减少,预紧力使焊缝横向收缩减小。合理设计约束状态可以控制SUS304不锈钢薄板焊接变形程度。     

平板对接焊接变形的数值模拟

本文借助于ANSYS有限元分析软件,采用半椭球热源模型与生死单元法对厚度为8mm的低碳钢平板对接熔化极气体保护焊焊接过程进行数值模拟,分别模拟了单面双道焊和双面焊两种不同工艺条件下焊接的温度场、应力场及焊接变形并进行比较。结果表明：单面双道焊的焊缝截面积较大且沿板厚不对称,施焊后焊件所产生的横向收缩量及翘曲变形较大。通过实际施焊及检测验证了模拟结果的准确性。     

在线测量薄板焊缝区的变形

针对薄板在堆焊过程中焊缝区发生较大塑性变形的问题,提出一种基于数字图像弱相关技术的光学非接触在线测量焊接变形的方法,在焊接及冷却过程对焊缝区域全场及关键点的变形状态进行跟踪测量,获取变形规律.对Q235薄板进行钨极惰性气体保护焊（TIG）堆焊试验,结果表明,垂直于薄板方向上的变形量远大于其余两个方向;薄板焊缝区在焊接过程中先呈凸起状,逐渐冷却后呈马鞍状;薄板焊缝关键点及焊缝区的面外变形量随焊接电流的增大而明显增大.此方法对验证薄板焊接变形的数值模拟预测和揭示焊接变形机理等具有重要的指导意义.     

Q235薄板焊接变形的试验研究与模拟分析

为了获取薄板焊接中瞬态变形过程规律，以及试件尺寸对焊后变形的影响规律，基于三维光学面扫描测量系统，分析了Q235薄板焊接中的焊缝区域及关键点的瞬态变形过程。根据试验测试对建立的有限元模型进行修正，采用开发的有限元模型详细讨论了试件尺寸对Q235薄板焊接面外变形的影响规律及产生机理。对比修正后的有限元模型分析与实验测试结果一致，通过仿真模拟得到：在薄板长度一定时，随着板宽度的增加，纵向弯曲程度降低，角变形变化不明显；在薄板宽度一定时，随着板长度的增加，纵向弯曲程度和角变形均增加。试板长宽比对焊缝纵向塑性应变的大小和分布的作用范围影响不大，对焊缝横向应变分布范围和大小有较大影响。该研究为工业生产中判断及降低焊后变形提供有效指导。     

船用中厚板EH36多层多道焊接的残余应力研究

为探索EH36焊接区域的应力场分布机理,基于热弹塑性理论和热-结构耦合方法,考虑焊接温度场对残余应力场的影响,对船用高强度钢EH36多道焊进行了数值计算和试验验证。结果表明:焊接冷却时,焊缝区域受到拉伸应力而产生纵向最大拉应力为364 MPa,并很快过渡到压应力;焊缝两端承受的横向最大压应力为320 MPa,中间拉应力变化幅值少于20 MPa;通过X射线衍射测量焊件表面残余应力,测量结果与模拟结果吻合,说明上述分析方法对于EH36焊接工艺设计优化具有较好的指导作用。     

薄板焊接失稳变形的简化模型及其应用

提出了基于固有应变对接薄板失稳分析的基本方程.通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小.对不同焊接工艺条件下的低碳钢薄板对接焊变形进行了研究,比较了数值分析与试验测量结果,并且数值计算考虑了薄板不平整度的影响.最后,使用该简化的方法对有加强筋板分段结构的焊接变形进行预测.研究表明,基于固有应变等效载荷的失稳变形计算方法是简单、有效的.     

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。     

埋弧自动焊单面焊双面成型焊缝尺寸预测

为准确、方便地获得埋弧自动焊单面焊双面成型的焊缝几何尺寸,本文利用二次回归正交组合设计方法,对中、薄板埋弧焊单面焊双面成型焊接工艺参数与焊缝正面几何尺寸的关系进行了优化试验,并利用"SPSS"软件对试验结果进行了统计分析与检验,建立了正面熔宽B及余高E与焊接电流I、焊接电压U及焊接速度v的数学模型。该模型可以用来预测中、薄板埋弧焊单面焊双面成型焊缝正面几何尺寸,从而指导焊接结构设计。     

埋弧焊工艺参数优化与模型建立

为快速、准确地获得埋弧焊工艺参数,本文利用单元正交多项式回归设计方法对中、薄板埋弧焊单面焊双面成形焊接工艺参数与板厚δ的关系进行了优化试验,并利用"SPSS"软件对试验结果进行了统计分析与检验,建立了焊接工艺参数与板厚δ的数学模型。该模型不仅可以用来确定中、薄板埋弧焊单面焊双面成形焊接工艺参数,而且对研究建立中、薄板埋弧焊计算机控制系统具有参考价值。     

分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响

在利用单元死活技术以及椭球形移动热源模型分析T形接头焊接温度场的基础上,利用数值模拟的方法研究了分段焊的焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响.结果表明,分段焊不仅可以增加焊缝整体的残余低应力的区域,而且采用先焊两端后焊中间的方法可以有效地降低先焊区域的焊接残余拉应力.对于先焊焊段上的某点来说,到中间焊段两端的距离越小,焊接残余应力的降低效果越明显;中间焊段的收弧区降低先焊焊段残余拉应力的效果要优于起弧区.     

Q345E钢薄板小变形焊接工艺

分别采用高频脉冲MAG焊的打底焊模式与电弧冷焊模式对板厚3 mm的Q345E薄板进行了3种工况的对接焊工艺试验,研究了薄板打底焊与电弧冷焊的小变形对接焊工艺与焊接接头的力学性能,进行了拉伸、弯曲、金相试验并分析了焊接缺陷的形成原因,总结了焊接残余应力及焊接变形的规律.结果表明,高频脉冲MAG焊适用于Q345E钢3 mm的薄板小变形对接焊,组对"0"间隙时,选用打底焊模式的工艺包;组对1 mm间隙时,选用电弧冷焊模式的工艺包.     

搅拌摩擦焊工艺参数对6082-T6铝合金残余应力和变形的影响

为了研究搅拌摩擦焊工艺参数对铝合金焊接残余应力和焊接变形的影响,运用Abaqus有限元模拟软件,对5 mm厚6082-T6铝合金薄板在恒压力条件,不同主轴转速和焊接速度下的的搅拌摩擦焊进行了数值模拟计算,研究了焊接温度、残余应力和焊接变形的分布。结果表明:主轴转速一定时,焊接最高温度随着焊接速度的增大而降低;焊接速度一定时,焊接最高温度随着主轴转速的增大而升高。沿横向残余应力呈单峰状分布,峰值位于焊缝中心;沿纵向残余应力在焊缝两端有较大波动。相对于主轴转速,焊接速度的改变对残余应力影响更大。试板的整体变形趋势呈反马鞍状,沿纵向变形呈上凸状,沿横向变形呈下凹状。主轴转速一定时,焊接变形量随着焊接速度的升高而减小;焊接速度一定时,变形量随着主轴转速的升高而增大。     

大型客车侧墙薄板结构焊接变形的数值模拟

铁路客车侧墙薄板结构的焊接变形主要是焊后失稳变形,通过选择包括连续焊、电铆焊、断续焊和塞焊代表性的区域,利用热-弹塑性数值模拟与解析法相结合的方法,计算薄板结构的焊后失稳变形.结果表明,横向加强筋和纵向加强筋与薄板连接时所采用的断续焊和塞焊工艺是产生薄板失稳变形的主要原因.薄板自由边的存在明显降低失稳载荷,增大失稳变形量.对焊接变形进行了实地测量,模拟结果与测量结果相吻合,说明数值模拟具有可靠性.