热源加载方式对大型结构件变形和应力影响的研究

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布,同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明：两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。     

热源加载方式对大型结构件变形和应力的影响

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布;同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明:两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179 mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6 MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。     

6061-T6铝合金薄板双脉冲MIG焊动态组合热源模型

为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊（双脉冲MIG焊）焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空间上的分布加载,得出仿真过程焊缝形貌及温度场分布特征. 对2 mm厚6061-T6铝合金薄板进行双脉冲MIG焊对接焊接实验,得出焊缝形貌特征并记录测温点温度数据,绘制测温点的热循环曲线. 对比仿真与实验结果发现,对于铝合金薄板全熔透焊接,利用动态组合热源模型得出的焊缝形貌与实际焊缝形貌拟合较好,温度场仿真误差在允许范围内,最大误差点出现在距焊缝20 mm处,最大误差为12.25%.     

背面冷却对316L对接接头焊接残余应力和变形的影响

基于热弹-塑性理论和有限元理论,以Abaqus软件为平台,结合Python和Fortran语言编辑程序建立分析步、控制焊缝单元生死和施加双椭球热源载荷,考虑材料热物理性能、力学性能的非线性,开发了焊接热、力耦合有限元模型,分析了作用于焊缝背面的冷源宽度、冷源功率对316L不锈钢对接接头焊接残余应力和变形的影响规律。结果表明:随着冷源宽度、冷源功率的增加,焊缝表面的纵向、横向残余拉应力峰值降低;当冷源宽度大于20 mm时,上侧焊缝表面的纵向残余应力峰值降低不明显,即冷源宽度存在最佳值;随着冷源功率的增加,上侧焊缝表面的残余应力峰值降低幅度减少,下侧焊缝表面的残余应力峰值降低幅度明显。此外,随着冷源宽度、冷源功率的增加,焊件的变形增加;当冷源宽度大于20 mm时,增加冷源宽度对变形的影响不明显。     

双移动热源热流值的计算和加载

通过分析双丝埋弧焊焊接过程和热源加热特点,建立了双丝焊接的几何模型和有限元模型.采用移动双椭球热源模型为双丝焊的焊接热过程的热源模型,阐述了一种新型双丝焊热场算法的设计思路和过程.利用有限元软件ANSYS二次开发工具即APDL语言改进和编写了移动双椭球热源的计算和加载程序.使用高效的数组存储、矢量操作命令进行热流值的分开计算和加载,提高了焊接模拟计算的效率,减小了数值模拟的计算量,实现了16 mm厚的钢板的双丝埋弧焊焊接过程的计算机仿真.通过实验验证了此算法的正确性和高效性,对实现大型焊接件焊接过程的数值计算具有一定的参考价值.     

焊接电流对不锈钢GTAW三维焊接温度场影响规律的有限元分析

基于有限元软件SYSEWELD,采用双椭球体热源模型,建立了运动电弧作用下的GTAW焊接不锈钢薄板三维瞬态焊接热过程的数值分析模型。模型考虑了材料的热物理性能参数、相变潜热与温度的非线性关系。利用所建模型,定量地预测了焊接电流对三维焊接温度场与熔池形状尺寸的影响,并进行了试验对比。计算所得焊接温度场与熔池形状特征参数随不同焊接电流的变化规律与实际情况基本一致。     

运用ANSYS对焊缝残余应力及温度场分析

在焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生热应力场和残余应力。为预测焊接变形,采用有限元软件ANSYS中生死单元技术和热-结构耦合技术对异种材料钢铜连接处的铝焊缝进行数值分析,得出焊缝焊接残余应力、温度场分布情况,进而为制定正确的焊接工艺、改善焊缝性能等实际生产和使用提供理论依据。     

旁路电流对镁合金非熔化极气体保护焊接熔池及其残余应力的影响

利用ANSYS软件对厚度为2 mm的AZ31B镁合金薄板的非熔化极气体保护焊(DEGMAW)焊接过程进行有限元分析,利用间接耦合法计算焊件的温度场,分析AZ31B镁合金板焊件残余应力的分布规律,并研究了DE-GMAW旁路电流对焊件熔池尺寸和残余应力的影响规律.结果表明,在焊接总电流和其他焊接参数一定的条件下,随着旁路电流增大,母材的热输入减小,熔深值下降,熔宽值略有降低,焊缝受到的残余拉应力逐渐减小.     

电弧焊接数值模拟中热源模型的研究与发展

焊接过程的数值模拟作为一种有效的计算手段,在焊接温度场及残余应力分布的评价中获得了广泛应用,而焊接热源模型的选择及模型参数的确定直接影响到计算和评价结果的准确性.本文通过对近年来常用的电弧焊接热源模型进行梳理,介绍了其研究进展,分析了不同热源模型的特点及适用性.高斯面热源模型和双椭球体热源模型作为基础热源模型,广泛应用于较小尺寸工件和规则轨迹的焊接过程数值模拟,且具有较高的计算精度;简化热源模型和温度替代型热源模型多用于大厚工件的多层多道焊接及复杂轨迹焊接过程的数值模拟,能够实现效率和精度的统一;多丝电弧焊接热源较为复杂,采用修正后的双椭球体叠加热源模型,计算结果能保证一定的精度;结合型热源模型对熔池形状的描述更灵活,在深熔电弧焊的数值模拟中具有优势.本文可为电弧焊接过程数值模拟的热源模型选择和模型参数确定提供有益参考.     

X5CrNi1810不锈钢焊接应力应变场的数值模拟

采用有限元软件SYSWELD对X5CrNi1810不锈钢平板TIG焊的应力应变场进行三维动态模拟,同时应用SYSWELD软件的校核工具对双椭球热源进行校核,得出了等效应力分布图和焊缝中心线上纵向残余应力分布曲线及不同时刻焊接变形云图．与文献资料比较表明,所建立的三维模型可以动态地模拟焊接过程,对实际生产有一定的指导意义以及最终改善X5CrNi1810不锈钢的焊接性提供参考依据．     

铝钢异种金属CMT焊接温度场的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对铝钢异种金属CMT(cold metal transfer)焊接温度场分布进行数值模拟.计算过程中,采用双椭球热源和高斯热源分别考虑实际焊接时电弧加热和熔滴引入的热量对温度分布的影响.实验结果表明:在特定的工艺参数下,熔池中心的温度为960℃,计算所得到的热循环曲线和试验测得的热循环曲线取得较好的一致.镀锌钢板背面锌熔化的宽度为11mm,与实验结果吻合,所建立的热源模型也是合理的.     

5A06铝合金间断焊温度场的数值模拟

在红外测温实验的基础上,采用由表面高斯热源和内部双椭球热源组成的复合热源,对5A06铝合金筒形结构间断焊角焊缝的温度场进行了有限元数值模拟．模拟中综合考虑了对流、辐射等边界条件对焊接热过程的影响,对复合热源的各项参数进行了计算和校正、根据双椭球热源参数的定义,设计了相应的正交试验,采用解析法对热源参数进行计算并做了多指标回归分析．与红外测温结果相比,模拟的熔池形状较为准确,焊接热循环过程中温度误差约为7％．结果表明,表面高斯热源和内部双椭球热源组合的复合热源模型对计算铝合金MIG（熔化极氩弧焊）焊温度场是可行的．     

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。     

焊缝层数对特厚度管板焊接残余应力与变形影响的有限元分析

基于ABAQUS软件,建立了顺序耦合的焊接残余应力与变形有限元计算程序,对大型环氧乙烷（EO）反应器国产化中采用的390 mm厚20MnMoNb特厚板拼焊反应器管板的焊接过程进行了残余应力与变形计算,并讨论采用不同焊缝层数对管板焊后残余应力与变形的影响.焊接采用双U形坡口,通过翻转管板进行两面坡口的交替焊接,为防止管板发生过度变形,焊接时始终在管板两端压有重量为4.5 MN配重.计算结果表明：焊后管板发生了一端翘起的角变形,在靠近表层的焊缝及热影响区存在较大残余拉应力,在焊缝内部为较大的残余压应力;由于配重对变形的限制导致先焊面的应力大于后焊面;增加焊缝层数,使变形增加,残余应力降低,但并不显著.对如此大型特厚板约束焊,增加焊缝层数不是降低其焊接残余应力的有效手段.     

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.     

激光对接异厚度铝/钢熔钎焊温度场及残余应力场的数值模拟

以厚度为2mm的5A06铝合金板和1mm热镀锌ST04Z钢对接熔钎焊实验为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立截面的热流分布半径沿厚度方向呈线性衰减的平面高斯三维锥体热源模型,基于所建立的热源模型对温度场和应力场进行耦合分析,得到焊接过程中的温度场和残余应力分布.结果表明:由于材料不同,2板的温度场和应力场存在差异,铝板上温度场范围大于钢板,熔池尺寸较钢板偏大;钢板焊缝附近的应力场范围较大,变形比铝板大。将模拟值与实测值进行对比分析,结果显示模拟值与实测值吻合较好.     

汽车排气管氧传感器螺母焊接变形的成因分析

采用实验方法分析了汽车排气管氧传感器螺母焊接变形的成因及对策.通过红外热像仪获得螺母焊缝最高温度,计算对应于该最高温度的螺母最大变形量;用量具测量获得螺母焊接后的实际最大变形量.比较由红外热像仪和量具获得的螺母最大变形量后发现,两者数值相同,且焊后螺母直径缩小、壁厚增大,越接近焊缝处其直径越小、壁厚越大.因此焊缝高温是导致螺母焊后变形的重要因素,建议降低螺纹精度以弥补焊接热变形.     

气动冲击对顶板-U肋焊接残余应力的影响

为研究气动冲击技术对钢桥面板焊接结构残余应力场的影响,建立气动冲击处理顶板-U肋焊接有限元模型.首先对顶板-U肋焊接进行模拟,得到顶板-U肋焊接残余应力场的分布.焊接结果表明:顶板-U肋连接焊缝区域存在较大的残余应力,焊趾及焊根中部位置处存在较大的横向拉应力.在此基础上,建立气动冲击处理焊缝的动力学模型,研究冲击速度、角度和冲击头大小对焊趾附近横向应力的影响.气动冲击结果表明:气动冲击可以将焊缝处的残余拉应力转为残余压应力,形成半椭球形的压应力区,并通过试验对模型进行了验证.冲击参数中,冲击速度和冲击头尺寸对横向应力的影响较大,冲击速度及冲击头尺寸的增大,能提高压应力值大小及压应力区的范围.     

T型接头焊接残余应力及变形调控研究

基于热弹-塑性理论、有限元理论,以Abaqus软件为平台,利用Fortran语言编辑双椭球热源程序,利用Python语言编辑程序建立分析步、控制焊缝单元的有序填充,建立了T型接头焊接的热力耦合有限元模型;对比数值模拟所得的变形值与实验测量值,验证了所建有限元模型的准确性.同时,分析了焊接路径、约束对残余应力及变形的影响...     

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。