鋁合金環(huán)形薄板焊接應(yīng)力與應(yīng)變的數(shù)值模擬

鋁合金薄板焊接是目前焊接方面難度較大的一種焊接項(xiàng)目,如何能焊接出質(zhì)量好的焊接接頭,選用合理的焊接方式方法就起到關(guān)鍵的作用.通過介紹tig鋁合金薄板的焊接技術(shù)、特點(diǎn)及焊接注意事項(xiàng),為同行提供參考借鑒.

采用sysweld焊接模擬軟件對5454鋁合金管道焊接接頭進(jìn)行數(shù)值模擬,建立了管道環(huán)焊縫熔化極氬弧焊雙橢球熱源模型,模擬出體積分布熱源作用下的溫度場,以獲得的溫度場為已知條件加載,求得管道環(huán)焊縫接頭焊接應(yīng)力應(yīng)變場的分布規(guī)律,對探索鋁合金焊接規(guī)律提供了有益的幫助。

為了更好地預(yù)測含碳量較高的冷彎方鋼管的焊接應(yīng)力-應(yīng)變場,應(yīng)用有限元軟件abaqus及移動雙橢球型焊接熱源模型,對焊接過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中,采用了考慮與不考慮材料微觀組織影響的2種方法,其中微觀組織的作用通過引入冷卻過程中材料馬氏體化引起的體積膨脹來施加。分析結(jié)果表明:考慮材料微觀組織影響可以更好地預(yù)測含碳量較高的冷彎方鋼管的應(yīng)力-應(yīng)變場,縱向殘余應(yīng)力在焊縫處顯著降低,橫向殘余應(yīng)力在臨近焊縫處也有所降低,但在焊縫處顯著升高。

天津津塔為采用鋼板剪力墻系統(tǒng)的超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑,考慮到結(jié)構(gòu)的特殊性和施工過程對結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)造成的影響,在兩種類型鋼板墻的重要位置布置了傳感器,對施工過程進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測。通過改變焊接順序和焊接速度監(jiān)測了剪力墻焊接應(yīng)力場及殘余應(yīng)力場的變化;同時采用間接和直接的耦合分析方法分別對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和熱效應(yīng)進(jìn)行了有限元模擬。在分析中采用了單元生死技術(shù)模擬焊接過程對結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)力場的影響,與溫度場和應(yīng)力場監(jiān)測結(jié)果的對比分析證實(shí)了有限元模擬的有效性。不僅為天津津塔結(jié)構(gòu)的性能評價和施工方法提供了依據(jù)和建議,對其他鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工也具有參考價值。

在焊接鎂鋁合金薄壁板時,往往會出現(xiàn)氣體保護(hù)效果不好、焊接變形、定位焊不準(zhǔn)等缺陷,嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。針對此現(xiàn)狀,通過經(jīng)驗(yàn)積累在實(shí)踐工作中制作了一種焊接薄壁板用簡易夾具,能有效改善以上缺陷。

**資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.***

鋼結(jié)構(gòu)中特厚鋼板焊接應(yīng)力的理論分析一直為人們所關(guān)注?；谟邢拊浖nsys,采用高斯熱源模型加熱,利用生死單元,動態(tài)模擬分析80mm特厚鋼板對接焊過程中,對多層、多道焊的溫度場進(jìn)行加熱模擬,實(shí)現(xiàn)焊縫的動態(tài)生成,跟蹤應(yīng)力場的變化情況。分析結(jié)果與重慶觀音巖長江大橋構(gòu)件焊接試驗(yàn)結(jié)果基本一致,為特厚鋼板構(gòu)件的設(shè)計和制作提供有實(shí)用價值的參考依據(jù)。

8 第一章焊接應(yīng)力與變形 焊接時，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊 接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因。 另外，焊接變形也使結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度難以達(dá)到技術(shù)要求，直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使 用性能。因此，本章主要討論焊接應(yīng)力與變形的基本概念及其產(chǎn)生原因；焊接變形的種類，控 制焊接變形的工藝措施和焊后如何矯正焊接變形；焊接應(yīng)力的分布規(guī)律，降低焊接應(yīng)力的工藝 措施和焊后如何消除焊接殘余應(yīng)力。 第一節(jié)焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識 1.焊接變形 物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。 當(dāng)使物體產(chǎn)生

鋁合金平板攪拌摩擦焊接應(yīng)力變形分析

針對6056-t6鋁合金平板進(jìn)行攪拌摩擦焊接和試板變形檢測試驗(yàn)。并用數(shù)值方法對試板變形進(jìn)行模擬,考察了模擬溫度、應(yīng)力場分布和試板變形情況,對試驗(yàn)和模擬溫度、變形進(jìn)行比較。結(jié)果表明,在文中條件下,沿焊縫長度方向試板產(chǎn)生下?lián)?最大變形量6.3mm;沿試板寬度方向試板相對發(fā)生上拱,最大變形量4.5mm,模擬與實(shí)測變形趨勢非常吻合?？v向殘余應(yīng)力在焊縫中心線兩側(cè)非對稱性分布,前進(jìn)側(cè)大于回轉(zhuǎn)側(cè)。

利用有限元分析軟件marc對"溝槽蒙皮"結(jié)構(gòu)的激光焊接過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬,涉及了激光焊接復(fù)合熱源模型的確定,熱力學(xué)邊界條件的簡化,數(shù)值模擬溫度場的驗(yàn)證,以及殘余變形和應(yīng)力分布結(jié)果的分析和討論。研究了結(jié)構(gòu)上規(guī)則排列的多道焊縫的施焊順序?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形的影響。結(jié)果表明,不同焊接順序所產(chǎn)生的變形狀態(tài)相同,變形量有區(qū)別,而殘余應(yīng)力的分布則不同,以由外向中的對稱順序進(jìn)行焊接時,結(jié)構(gòu)的焊后殘余變形最小,殘余應(yīng)力的分布比較均勻,峰值最小。

1 1焊接應(yīng)力與變形控制..................................................................................................................................2 1.1特點(diǎn)..............................................................................................................................................2 1.2焊接應(yīng)力與變形的危害....................................................................................

利用ansys大型有限元軟件對對接薄板焊接殘余應(yīng)力的大小和分布進(jìn)行了計算,得出了尺寸因素對焊接殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,特別是過渡板寬、板長對焊接殘余應(yīng)力的影響,分析過程中考慮了材料的物理性能及力學(xué)性能隨著溫度的非線性變化以及金屬的熔化潛熱,使數(shù)值模擬結(jié)果盡量接近實(shí)際值。最后理論計算與試驗(yàn)結(jié)果相比較,結(jié)果是基本吻合的,所得結(jié)果可以進(jìn)行殘余應(yīng)力預(yù)測。

利用ansys有限元分析軟件,通過apdl語言編程,實(shí)現(xiàn)了不同預(yù)拉伸應(yīng)力條件下鋁合金平板對接焊過程中,溫度場及應(yīng)力場的模擬分析。計算結(jié)果表明,預(yù)拉伸焊接法可以有效地控制焊接殘余應(yīng)力,隨著預(yù)拉伸應(yīng)力的增大,其焊后殘余應(yīng)力值逐漸減小。當(dāng)預(yù)拉伸應(yīng)力σp從0增加到90%σ0.2時,縱向殘余應(yīng)力降低了85.6%。模擬分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果基本吻合。

提出采用橫向預(yù)置擠壓載荷進(jìn)行隨焊同步防止鋁合金薄板焊接熱裂紋的新方法。對處于脆性溫度區(qū)間的焊縫金屬施加一適當(dāng)?shù)臋M向擠壓載荷,可以減小焊縫金屬凝固收縮時產(chǎn)生的橫向拉伸應(yīng)力和應(yīng)變,使其總應(yīng)變被限制在最低延性值范圍內(nèi),改變了熱裂紋產(chǎn)生的力學(xué)條件。建立橫向預(yù)置壓應(yīng)力模型、采用彈塑性有限元方法闡明橫向預(yù)置應(yīng)力法防止熱裂紋的原理,在自制的裝置上對常規(guī)焊和橫向預(yù)置壓應(yīng)力工藝條件下焊接試件裂紋率進(jìn)行比較分析。魚骨狀裂紋試驗(yàn)結(jié)果表明:在加載寬度一定時,隨著預(yù)置載荷的增加,在焊縫處產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力也隨之增加,裂紋率和裂紋長度逐漸降低,當(dāng)橫向預(yù)置壓應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值(0.3σ0.2)后,能夠完全防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。

薄板焊接的關(guān)鍵是選用最佳的焊接參數(shù),并按照焊接技術(shù)要求進(jìn)行焊接,克服影響薄板焊接變形的因素,確保焊接質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的要求.

鋁合金環(huán)縫自動氬弧焊產(chǎn)生氣孔的原因——鋁及鋁合金焊接時易產(chǎn)生氣孔，經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)出焊縫氣孔產(chǎn)生的多種因素。通過對焊接材　　料和母材的清洗、環(huán)境溫濕度和氬氣純度的控制以及選擇合理的焊接規(guī)范參數(shù)，可以避免或減少焊縫中氣孔的產(chǎn)生。

運(yùn)用熱彈塑性有限元法,對不同焊接工藝條件下板厚6mm的ah36鋼薄板焊接接頭殘余變形進(jìn)行了有限元模擬研究.結(jié)果表明,使用不同的焊接方法,縱向撓曲變形和角變形量發(fā)生顯著變化,采用單一co2氣體保護(hù)焊,焊接殘余變形量較小;采用co2氣體保護(hù)焊+埋弧焊的混合焊方法,焊接殘余變形量有所增大;在焊縫背面施加霧化水冷,可以有效控制焊接殘余變形,尤其對于控制采用單一co2氣體保護(hù)焊的角變形成效顯著.為了驗(yàn)證有限元模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,采用與有限元模擬完全相同的工藝條件對ah36鋼薄板進(jìn)行了焊接殘余變形試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)論存在一定誤差,但基本變化趨勢一致,表明采用有限元模擬技術(shù)可以預(yù)測ah36鋼薄板焊接殘余變形.

工藝試驗(yàn)的目的是尋求相對經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋁合金激光焊接方法,為現(xiàn)代工業(yè)裝配生產(chǎn)提供新的工藝思路,促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升和成本的降低。分析了鋁合金激光焊接的工藝特性、技術(shù)難點(diǎn)和解決思路,記錄利用300w激光對鋁合金進(jìn)行單光束焊接的有關(guān)參數(shù)和焊接效果,搭建雙光束激光焊接試驗(yàn)平臺,記錄較高功率雙光束和總量約500w激光分成雙光束焊接試驗(yàn)過程及有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行了激光、氬弧混合焊接試驗(yàn)。對部分焊接樣品進(jìn)行了定量分析。經(jīng)過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進(jìn)意見。

利用有限元分析軟件marc,對冷卻后的九層玻璃/鋁陽極焊接試件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,獲得了九層陽極冷卻試件內(nèi)殘余應(yīng)力和應(yīng)變分布。模擬結(jié)果表明,試件冷卻后各處的冷卻收縮量不同,其內(nèi)部存在殘余應(yīng)力和應(yīng)變,試件發(fā)生翹曲;過渡層內(nèi)的等效應(yīng)力最大,且關(guān)于鋁層呈對稱分布;鋁層內(nèi)的等效應(yīng)力值達(dá)到了屈服極限,表明鋁層發(fā)生了塑性變形,且鋁層內(nèi)的等效應(yīng)變最大。

對焊縫間距40mm和30mm的軌道車輛采用6082-t6鋁合金板材進(jìn)行近距離焊縫多層多道焊接試驗(yàn)。通過vt、rt等無損檢測手段檢驗(yàn)了焊接質(zhì)量,進(jìn)行彎曲、拉伸等試驗(yàn)分析了焊接接頭的綜合力學(xué)性能,并結(jié)合sysweld軟件對焊接熱源及應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)合模擬結(jié)果表明:焊縫中心距離為30mm時,焊接質(zhì)量、拉伸強(qiáng)度和彎曲性能均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,抗拉強(qiáng)度較焊縫間距60mm的普通焊接接頭下降了近10%,重疊熱影響區(qū)(haz)的顯微硬度比間距40mm時下降約7.02%,最大焊接應(yīng)力148.499mpa發(fā)生在交匯的haz內(nèi),近距離焊縫接頭的綜合力學(xué)性能滿足設(shè)計使用要求。

應(yīng)用熱彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系理論,在考慮材料性能參數(shù)隨溫度變化的條件下,運(yùn)用大型ansys軟件通過有限元法模擬分析了預(yù)拉伸應(yīng)力對5a05鋁合金板材焊接變形的影響。結(jié)果表明,采用預(yù)拉伸焊接法可以有效控制鋁合金焊件焊縫及近縫區(qū)的縱向撓曲變形。隨著預(yù)拉伸應(yīng)力的增大,其控制變形的效果愈明顯,當(dāng)預(yù)拉伸應(yīng)力為σp=90%σ0.2時,焊后縱向撓曲變形最大降幅達(dá)70.45%。模擬分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果基本吻合。