从焊接变形控制浅谈铝合金车体的焊缝质量控制

随着我国城镇化持续推进,铝合金轨道交通车辆需求量越来越大,因而其安全和稳定性等方面备受关注。焊接是高铁或动车组铝合金车体制造的基础,焊接质量直接决定了铝合金车体结构的优劣。但焊接过程中的热应力和相变应力等往往导致制品变形,继而诱发错边、未熔合和裂纹等焊缝质量缺陷产生。这就造成了铝合金车体焊接制造过程中存在诸多难题。通过分析既定焊接条件下的焊接变形与焊缝质量之间的关系与特点,探究铝合金车体焊接变形控制与焊缝质量控制的可行性。     

铝合金车体焊接变形及其控制方法初探

国内现行的动车组铝合金车体往往采用传统熔化焊焊接制造而成,但由于动车组功能结构特点,铝合金材料属性和传统熔化焊焊接技术等多方面制约,动车组铝合金车体焊接存在焊接变形类型多,变形控制难度大等诸多难点。通过改善接头设计,焊接方法,型材组焊顺序和焊后调修等方面论述了动车组铝合金车体焊接变形和变形控制,并对该领域的发展趋势进行了预测。     

基于数值模拟的铸钢基体堆焊锻模焊层厚度优化

为解决目前模具制造业中遇到的高成本、低寿命等问题,文中提出了一种基于铸钢基体的表面堆焊制备锻模的方法.针对其中焊接厚度的控制难题,将试验验证与计算机有限元数值分析相结合,建立了基于ZG310-570基体表面堆焊模具的有限元简化模型,采用热循环曲线法模拟铸钢基体模具表面堆焊及回火去应力过程,并分析温度场和不同焊接层厚度的残余应力场分布.结果表明:有限元数值分析能较好地模拟实际铸钢基体表面堆焊锻模的制备过程;基体近焊缝位置等效应力随焊接厚度的增加而降低,到焊层厚度为15 mm后趋于平稳;远离焊缝位置的残余应力随焊接厚度增加而逐渐升高,焊道对基体部位的影响也随之增大,使得铸钢基体材料在使用过程中出现缺陷的可能性显著增加.综合考虑焊接厚度对铸钢基体的影响及模具制造成本等因素,认定该工艺条件下铸钢基体表面堆焊层的最优厚度为15mm.     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

高频焊管在焊接过程中三维应力场的模拟

在高频焊管生产过程中,消除因高频焊接造成的焊管残余应力是一项重要的工序,预先得出焊管残余应力场对于消除焊管残余应力具有指导意义.利用ANSYS参数化语言APDL,建立高频焊管的有限元模型,采用高频焊接线热源模型进行计算,同时考虑高频焊管有限元模型的热边界条件及物理结构约束,从而获得高频焊管在焊接过程中三维应力场及位移场...     

焊接工艺参数对锚拉管焊接残余应力的影响

为了实现不同焊接工艺参数下残余应力的预测,进一步优化相应的焊接工艺,采用数值模拟与试验对比方法研究锚拉管焊接残余应力.利用有限元软件ANSYS模拟T形焊接试件残余应力并与实测应力值作对比,验证了数值方法的准确性.在此基础上,对不同的焊接电压、电流和速度等焊接工艺参数下的锚拉管残余应力进行数值模拟和对比分析.结果表明,锚拉管焊接残余应力与焊接电压、电流呈正相关关系,焊接电流对焊根处纵向残余应力峰值影响较大;与焊接速度呈负相关关系,速度越大,沿焊缝方向上的纵向残余应力明显减小,分布更加均匀,当达到5mm/s时,会出现锚拉管未完全焊,应力峰值位置发生偏移的情况;焊接速度可作为主要的控制参数.基于分析结果,提出锚拉管断面纵向残余应力分布简化模型,以便给锚拉管焊接残余应力研究提供参考.     

波形钢腹板工字形梁焊接残余应力研究

采用数值模拟与试验的方法对Q345钢波形钢腹板工字形梁焊接温度场与残余应力分布进行了研究. 采用完全耦合法建立了波形钢腹板工字形梁热弹塑性三维有限元模型,得到其焊接温度场与应力场,并通过在有限元模型中定义多条研究路径的方法,研究了不同路径上纵、横向焊接残余应力的分布规律. 在波形钢腹板工字形梁的焊接过程中采用红外线测温法与电阻应变计法进行焊接温度与残余应力的试验研究. 结果表明：焊接残余应力的数值模拟结果与实测结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性和可行性;焊接过程中热源中心稳定温度高达1 401 ℃,远离热源中心温度迅速降低,当与热源中心距离大于25 cm时温度已趋近室温;波形钢腹板弯折角处焊缝的最大Von Mises应力为395 MPa,远高于材料的屈服强度;腹板表面距焊缝0.5 cm处的纵向残余应力高达351 MPa,而波形钢腹板表面的横向残余应力呈抛物线形式波动,最大值为48.5 MPa;波形钢腹板工字形梁上的焊接残余应力以纵向应力为主,且主要分布于距焊缝20 cm的范围内. 研究结论可为实际工程中波形钢腹板工字形梁的残余应力消除提供参考依据.     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板焊接应力与变形数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,对不同焊接工艺条件下铝/钢异种金属薄板对接熔钎焊接过程进行数值模拟,建立了TIG电弧热源与氩气冷源模型,将常规焊接和随焊氩气激冷焊接的残余应力与变形进行对比分析,研究发现:随焊氩气激冷技术可使焊接纵向残余应力和变形分别降低32.8%和48.1%。为了验证数值模拟结果的准确性,进行了铝/钢异种金属薄板熔钎焊试验,将温度场与应力场的模拟值与试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,表明随焊氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接残余应力与变形。     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

残余应力对排液蒸发器强度影响的有限元分析

某排液蒸发器管箱隔板与筒体焊接处产生了焊接变形,其凹陷处最大值为5 mm,影响结构的安全运行.焊接应力与变形是焊接过程的必然产物,计算和分析比较困难.采用固有应变分析法,计算出隔板和筒体的固有应变体积,然后获得简体的焊接残余应力.在此基础上只考虑焊接残余应力、设计应力以及焊接残余应力与工作应力叠加3种工况计算出变形区域的等效应变,并转化为等效残余应力.利用有限元方法对蒸发器的强度进行分析,计算结果可用于指导其实际运行.     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

驱动桥桥壳焊接残余应力仿真及试验验证

焊接残余应力对驱动桥桥壳结构的强度有着不可忽略的影响,以试验方法研究桥壳结构的焊接残余应力成本较高,且难以获得整个结构的焊接残余应力分布.该文基于有限元法对某商用车驱动桥桥壳的焊接残余应力进行了仿真计算,考虑了焊接过程中相交引起的材料强度变化和体积变化,并与中子衍射法在桥壳焊缝附近的残余应力试验结果进行了对比,验证了仿...     

MIG焊6063/7075铝合金接头的金相组织、耐蚀性和力学性能研究

异种铝合金焊接产生的材料优良特性的联合对于零部件服役性能的提升至关重要,但材料成分和物化性能的不同导致的冶金问题增加了异种材料连接的难度。研究了6063/7075铝合金熔化极惰性气体保护(MIG)焊工艺与接头综合性能的关系。结果表明,与单面焊相比,双面焊接头金相组织更加均匀,晶粒细化,力学性能基本相当。双面焊接工艺沿焊缝方向的平均峰值残余应力、纵向残余应力和横向残余应力较低。双面焊焊缝具有最低的腐蚀电流密度和最正的腐蚀电位,具有更好的耐蚀性。双面焊接工艺改善了焊缝的耐蚀性。     

焊接残余应力对钢桁斜拉桥整体稳定性的影响

以郑州黄河公路铁路两用桥为背景,建立了桥塔与主桁连接部位的三维有限元模型,考虑材料热物理性能依赖于温度的变化,对桥塔焊趾处典型焊接细节的焊接温度场和焊接残余应力进行数值模拟,分析了焊接残余应力对结构整体稳定性的影响。通过热力学分析模拟焊接过程温度场变化,将冷却温度场作为荷载,通过结构分析计算桥塔与主桁连接处焊接残余应力;经过一定的简化,将焊接残余应力作为初应力施加到结构典型焊接细节上,分析其对钢桁结构稳定承载力的影响。计算结果表明:初应力同时施加于下横梁和中桁架上弦杆时,稳定系数下降13%;故在焊接结构中初应力对稳定性的影响应引起足够重视。     

钢管相贯线焊接残余应力的有限元计算

根据某体育场罩棚钢结构节点类型,建立钢管相贯线焊接的三维有限元模型,并根据实际情况确定计算时所需的边界条件.通过计算得到焊接温度场和等效残余应力分布规律,结果表明:焊缝位置温度梯度最大;焊缝的等效残余应力很大,可以超过材料的屈服极限;沿焊缝周向,等效残余应力保持在屈服极限附近,焊接引弧点附近等效残余应力有波动;沿焊缝径...     

钢桥面板顶板-U肋双面焊连接焊缝焊接残余应力分析

为研究钢桥面板顶板-U肋双面焊连接焊缝的残余应力分布,建立了有限元模型.通过对比单面焊接与双面焊接模型计算结果,分析了顶板-U肋连接焊缝温度场与残余应力分布.同时讨论了顶板厚度与角焊缝焊接顺序对残余应力的分布影响.研究表明:相比单面焊,双面焊模型焊缝附近残余应力更低,且应力梯度更大,疲劳性能更优越.而增加顶板厚度和采用两条角焊缝先后焊接的操作顺序均有助于降低先焊接焊缝一侧的应力、增大焊缝附近应力梯度,并促使应力拐点的提前出现.     

汽车驱动桥壳焊接变形及焊接残余应力有限元仿真分析

汽车驱动桥壳焊接过程中复杂的温度场与焊接残余应力分布使桥壳产生了较大的焊接变形,利用CATIA建立桥壳三维模型,使用Simufact Welding软件对其焊接温度场和焊接残余应力及焊接变形进行模拟分析,研究了装夹条件对桥壳焊接变形及焊接残余应力的影响.结果表明:桥壳焊接变形以桥壳两端向焊缝方向收缩翘曲变形为主,最大值...     

HG785高强钢焊接残余应力试验研究

利用X-射线法对HG785高强度钢焊接残余应力进行了测试,得到了该材料焊后残余应力的大小及分布规律;并探索了不同深度方向焊接残余应力分布特点。通过试验发现经对接施焊后,表面残余应力主要表现为残余拉应力,最大幅值可达760.4 MPa,为试验件材料屈服强度的92.2%,几乎接近屈服强度。试验结果表明,内部残余应力较表面应力有所降低,在焊缝中心的残余应力值降幅较小;而在远离焊缝中心区域的应力值降幅明显,部分区域甚至出现了残余压应力。