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(guò)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(duì)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(chǎng),以獲得的溫度場(chǎng)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(chǎng)的分布規(guī)律,對(duì)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(cè)含碳量較高的冷彎方鋼管的焊接應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng),應(yīng)用有限元軟件abaqus及移動(dòng)雙橢球型焊接熱源模型,對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過(guò)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(guò)引入冷卻過(guò)程中材料馬氏體化引起的體積膨脹來(lái)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(cè)含碳量較高的冷彎方鋼管的應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng),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(guò)程對(duì)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(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測(cè)。通過(guò)改變焊接順序和焊接速度監(jiān)測(cè)了剪力墻焊接應(yīng)力場(chǎng)及殘余應(yīng)力場(chǎng)的變化;同時(shí)采用間接和直接的耦合分析方法分別對(duì)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(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)力場(chǎng)的影響,與溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)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(píng)價(jià)和施工方法提供了依據(jù)和建議,對(duì)其他鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工也具有參考價(jià)值。

在焊接鎂鋁合金薄壁板時(shí),往往會(huì)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(duì)此現(xiàn)狀,通過(guò)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(jiǎn)易夾具,能有效改善以上缺陷。

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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(dòng)態(tài)模擬分析80mm特厚鋼板對(duì)接焊過(guò)程中,對(duì)多層、多道焊的溫度場(chǎng)進(jìn)行加熱模擬,實(shí)現(xiàn)焊縫的動(dòng)態(tài)生成,跟蹤應(yīng)力場(chǎng)的變化情況。分析結(jié)果與重慶觀音巖長(zhǎng)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(jì)和制作提供有實(shí)用價(jià)值的參考依據(jù)。

8 第一章焊接應(yīng)力與變形 焊接時(shí)，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(shí) 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(duì)6056-t6鋁合金平板進(jìn)行攪拌摩擦焊接和試板變形檢測(cè)試驗(yàn)。并用數(shù)值方法對(duì)試板變形進(jìn)行模擬,考察了模擬溫度、應(yīng)力場(chǎng)分布和試板變形情況,對(duì)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(zhǎng)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(duì)發(fā)生上拱,最大變形量4.5mm,模擬與實(shí)測(cè)變形趨勢(shì)非常吻合?？v向殘余應(yīng)力在焊縫中心線兩側(cè)非對(duì)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(duì)"溝槽蒙皮"結(jié)構(gòu)的激光焊接過(guò)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(jiǎn)化,數(shù)值模擬溫度場(chǎng)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(duì)稱順序進(jìn)行焊接時(shí),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(duì)對(duì)接薄板焊接殘余應(yīng)力的大小和分布進(jìn)行了計(jì)算,得出了尺寸因素對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,特別是過(guò)渡板寬、板長(zhǎng)對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響,分析過(guò)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(jì)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(cè)。

利用ansys有限元分析軟件,通過(guò)apdl語(yǔ)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(duì)接焊過(guò)程中,溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的模擬分析。計(jì)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(shí),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(cè)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(duì)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(shí)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(duì)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(yú)骨狀裂紋試驗(yàn)結(jié)果表明:在加載寬度一定時(shí),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(zhǎng)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(dòng)氬弧焊產(chǎn)生氣孔的原因——鋁及鋁合金焊接時(shí)易產(chǎn)生氣孔，經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結(jié)出焊縫氣孔產(chǎn)生的多種因素。通過(guò)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)一致,表明采用有限元模擬技術(shù)可以預(yù)測(cè)ah36鋼薄板焊接殘余變形.

工藝試驗(yàn)的目的是尋求相對(duì)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(duì)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(tái),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(guò)程及有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行了激光、氬弧混合焊接試驗(yàn)。對(duì)部分焊接樣品進(jìn)行了定量分析。經(jīng)過(guò)分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進(jìn)意見(jiàn)。

利用有限元分析軟件marc,對(duì)冷卻后的九層玻璃/鋁陽(yáng)極焊接試件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,獲得了九層陽(yáng)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(guò)渡層內(nèi)的等效應(yīng)力最大,且關(guān)于鋁層呈對(duì)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(duì)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(guò)vt、rt等無(wú)損檢測(cè)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(duì)焊接熱源及應(yīng)力場(chǎng)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(shí),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(shí)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(jì)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(guò)有限元法模擬分析了預(yù)拉伸應(yīng)力對(duì)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(shí),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(cè)試結(jié)果基本吻合。