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.     

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.     

球罐焊接残余应力数值模拟分析

利用有限元法动态模拟球罐环焊缝以及平板的焊接过程,分析了球罐焊接过程温度场的变化状况和焊接残余应力分布规律.结果表明,焊接热影响区范围很小,球罐环焊缝焊接残余应力是经向和径向坐标的函数,纬向焊接残余应力大于经向应力,两向应力的最大值均处在热影响区内,最大应力值超出了材料的屈服极限,是产生裂纹缺陷的原因之一等.用X射线衍射的方法测试了平板焊接接头的焊后残余应力,并将测试结果与有限元模拟计算结果比对,验证了模拟计算方法的可靠性和计算结果的正确性.     

焊接残余应力在热处理过程中的演变

利用有限元法,对Q345R钢焊后热处理进行模拟分析.结果表明,焊态残余应力在焊缝和热影响区具有较高的应力水平,远离焊缝热影响区,应力逐渐降低.热处理后,残余应力降低了近60%,最大值位于热影响区浅表区域.热处理不仅使应力降低,同时使得应力发生再分布,母材热处理后应力增加.热处理过程中,随着温度升高,屈服强度降低,材料发...     

压力容器接管焊接残余应力及变形的数值模拟研究

以含有六个接管的1000MW级压水堆核电站反应堆压力容器中筒体与接管连接处马鞍形焊缝为研究对象,利用热弹塑性有限元数值模拟方法详细研究了不同焊接线能量下马鞍形焊接接头处温度场、残余应力场以及变形的大小和分布情况,并在焊后将构件进行高温回火处理,即整体加热到610℃保温3 h后空冷。结果表明,在满足焊接的条件下,2.57 kJ/mm的线能量焊后焊接残余应力和变形均小于线能量为2.75和2.89kJ/mm焊后,焊后热处理使得焊接残余应力和变形在一定程度上得到了改善。     

薄板焊接残余应力尺寸效应

利用ANSYS大型有限元软件对对接薄板焊接残余应力的大小和分布进行了计算,得出了尺寸因素对焊接残余应力的影响规律,特别是过渡板宽、板长对焊接残余应力的影响,分析过程中考虑了材料的物理性能及力学性能随着温度的非线性变化以及金属的熔化潜热,使数值模拟结果尽量接近实际值.最后理论计算与试验结果相比较,结果是基本吻合的,所得结果可以进行残余应力预测.     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论，其中包括温度场和应力场的数值模拟，介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果，并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势。     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

LF6铝合金薄板平面内环焊缝焊接应力与变形的数值模拟

从力学角度出发,以LF6铝合金薄板平面内环焊缝的焊接为例,对其焊接残余应力和变形的特点进行了探讨。采用非线性有限元技术,对常规焊接条件下温度场和应力场进行了模拟,结合弹性稳定性理论对环焊缝焊接产生的特殊变形规律进行了研究。数值模拟结果表明,在环焊缝焊接过程中形成了与常规对接焊完全不同的焊接热循环过程,残余应力状态复杂;焊缝外侧的压应力超过了失稳变形极限,造成了铝合金薄板的失稳变形。     

换热器管与管板接头焊接残余应力的有限元分析

基于ANSYS平台对换热器伸出管板角接头和平焊接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布.有限元分析结果表明,接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,最大等效应力出现在焊根处.本文焊接条件下管接头环焊缝在焊接热影响区位置上径向为压应力,环向为拉应力,这种径向受压,环向受托的应力状态下更容易引起径向裂纹的萌生和扩展.     

焊接温度场和残余应力的数值模拟

在ANSYS环境下,建立可行的三维焊接温度场、应力的动态模拟分析方法,为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、应力场的分析提供了参考,并使有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中得到了很好的应用。     

热焊工艺对焊接残余应力影响的数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS,对25钢对接接头分别在20、200、400、600和800℃的热焊工艺条件下进行焊接残余应力场的数值模拟.通过单元生死技术模拟焊缝的填充过程,得到了其对接接头试板分别在该五种热焊工艺条件下焊接残余应力的大小及分布,并对计算结果进行了分析.结果表明:热焊工艺的加热温度越高,焊后产生的残余应力越小;残余应力降低的幅度在加热温度为400和600℃较明显.     

P91管道焊接残余应力数值模拟

Cr-Mo耐热钢最常见的问题是发生于焊接接头热影响区的Ⅳ型裂纹引起的失效,焊接残余应力水平起着重要的作用。本文基于大型有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的焊接应力计算程序,对P91钢焊接接头的残余应力场进行了模拟。研究结果表明:轴向和径向残余应力均呈拉应力状态;焊接残余应力最大值集中在靠近母材的热影响区附近,并且焊接残余应力集中部位与Ⅳ型裂纹的发生位置相一致。     

自蔓延陶瓷焊条堆焊温度场与残余应力场数值模拟

利用自制的TiC-Ni自蔓延陶瓷焊条,采用氩弧焊技术在钢表面制备了金属陶瓷堆焊层。建立计算堆焊层温度场及应力场的数学模型,采用有限元分析软件分析了堆焊金属陶瓷过程的温度场及残余应力场分布及堆焊层温度场的变化。对焊层残余应力变化规律进行了模拟,并通过模拟检验了堆焊层残余应力的连续性和缓和性。     

模拟焊接道数对压力容器残余应力及变形的影响

针对大型复杂的结构件,模拟焊接道数直接决定着模拟计算工作量的大小。本次采用有限元数值模拟软件,利用高斯热源和"生死"单元技术,讨论模拟焊接道数对1000 MW级压水堆核电站反应堆压力容器6接管处马鞍型焊缝残余应力场及残余变形的影响。结果表明:模拟道数对残余应力及变形影响不明显。     

TC4薄壁件氩弧焊焊接残余应力及变形的数值模拟

基于SYSWELD专业焊接仿真软件,利用瞬态法对航空发动机TC4大型薄壁、多焊缝零件氩弧焊过程进行了数值模拟,分析了焊接线能量、夹具约束状态、焊接顺序3个因素对焊接温度场、焊接变形、残余应力的影响。结果表明：焊接变形随着线能量的增加呈指数增长;适宜的氩弧焊焊接线能量为310 J/mm;使用焊接工装约束可以有效减少焊接变形,但会导致焊接残余应力变大且残余应力分布区域更大;采用分散对称焊接的顺序焊接多焊缝零件可以降低零件整体变形。     

22MnB5钢焊接温度场及残余应力的数值模拟

利用Simufact Welding有限元软件研究了不同焊接工艺对22MnB5结构钢焊接温度场及残余应力的影响。结果表明,与其他焊接工艺相比,利用两个机器人同时从同方向进行焊接时得到的焊接变形和最终等效残余应力均为最小值,但焊接热影响区最大。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力的数值模拟

基于ANSYS平台对油浆蒸发器伸出管板角接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布,成功的解决了焊缝的环形行走和不同部位之间的热传导问题.有限元分析结果表明.接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,高应力危险区集中在焊缝周围的管板热影响区.本文焊接条件下管接头环焊缝最大径向焊接残余应力出现在临近焊接热影响区的焊缝根部,对导致出现应刀腐蚀开裂起主要作用.合理的预热措施使最大环向焊接残余应力降低20%左右,同时管桥表面应力也得到明显改善,这就有效降低了管板表面出现应力腐蚀开裂的风险.