铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。

T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。

Ti55钛合金双激光焊接T型接头组织与力学性能研究

对1.5⊥1.5 mm的Ti55钛合金T型接头进行了双激光焊接试验,观察了接头的宏观形貌,分析了接头不同区域的组织结构,以及接头的高温拉伸性能和常温剪切性能。结果表明:Ti55钛合金T型接头焊缝表面成形较好,横截面没有焊接缺陷。从接头母材区域到熔合区,接头的晶粒尺寸逐渐增大,β相含量逐渐减少,α与α'相含量逐渐增多。随着拉伸温度的升高,T型接头的抗拉强度逐渐降低,而伸长率逐渐升高。接头去除立筋后的剪切性能比母材高3.3%。

焊接顺序对T型接头焊接的影响分析

为减小T型接头的焊接残余应力和变形情况,以热-弹塑性理论为基础,利用ANSYS有限元软件对T型接头的焊接过程进行数值模拟,分析不同焊接顺序对温度场和应力场的影响,并对不同焊接路径上的应力和变形情况进行比较。结果表明:相较同向焊接,异向焊接在L1和L2这这两个路径上产生的应力分别减小15%和27%。不同的焊接顺序对变形影响各异,异向焊接对翼板角变形影响较小,同向焊接对腹板横向变形影响较小。研究成果可为T型接头焊接方案设计提供一定参考。

TC4钛合金T型接头双面双弧MIG焊接特性研究

对30 mm厚TC4面板和15 mm厚TC4腹板构成的T型角焊缝采用双面双弧MIG方法进行焊接,采用高速摄影对熔滴过渡形态进行了观测,采用数值模拟方法对比了单侧焊接和双面双弧焊接的温度分布,并对双面双弧焊接的焊缝成形进行了观测,对焊接接头组织进行了分析,并对接头显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明:采用双面双弧MIG焊接可以获得成形良好内部无缺陷的焊接接头。焊接熔滴过渡形式为连续的滴状过渡,过渡过程稳定均匀。双侧焊接时,两侧温度场对称分布。接头冶金结合良好,焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部为长针状α'、层片状α和块状α相。面板侧热影响区为残余初生α、层片状α和残余β相。腹板侧热影响区为针状α、层片状α和残余β相。腹板和面板侧热影响区的显微硬度均高于母材。焊接接头抗拉强度达到969 MPa以上,断裂位置位于母材。

奥氏体不锈钢双T型接头熔透工艺优化与组织分析

针对奥氏体不锈钢中厚板双T型接头的熔透工艺,采用高效率的药芯焊丝气体保护焊工艺(FCAW)替代手工焊条电弧焊工艺(SMAW),基于X射线探伤、宏观形貌及微观金相分析对接头内部质量和组织演变进行了研究。试验结果表明,根部焊道未熔合和未焊透、层间夹渣及气孔是双T型接头最频繁出现的内部质量缺陷。经试验验证,采用合适的坡口形式及焊层厚度可获得内部质量优良的双T型焊接接头;焊接接头母材区组织为等轴奥氏体组织和少量热轧残留的高温δ铁素体组织。焊接接头热影响区组织为少量沿奥氏体晶界析出的δ铁素体,该区域组织演变最为复杂,分Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。焊接接头焊缝区组织为板条状的δ铁素体及沿铁素体凝固边界分布的奥氏体组织,通过其组织形态可推断焊缝区组织凝固模式为FA模式。

T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算方法

T型接头是船舶与海洋结构物的典型结构形式之一,其焊趾处常常是疲劳热点区域。T型接头焊趾表面裂纹的应力强度因子是船舶与海洋结构的、基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。本文对T型接头表面裂纹应力强度因子的计算方法,尤其是Bow ness等人提出的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的计算公式进行了分析,在此基础上导出了形式简单,物理意义明确的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算公式,并和相关的应力强度因子的计算结果进行了比较,证明了本文简化方法的可行性。

焊接顺序对T型接头焊接温度场、应变场和应力场的影响

采用双椭球热源模型,利用Simufact.welding焊接仿真分析软件,对四种不同焊接顺序下T型接头焊接温度场、应变场、应力场进行了数值模拟。通过研究分析跟踪点的温度、应变和应力的变化情况,验证了数值分析结果的可靠性;通过对比分析应力和应变的仿真结果,得出了不同焊接顺序的优劣排序。本研究对T型接头焊接工艺优化有指导意义。

复合材料T型接头损伤监测的概率成像方法

T型接头是复合材料典型的结构形式和重要的损伤监测部位,但其存在变厚度、内填充以及材料各向异性等复杂结构特性,导致依赖于信号传播速度的延迟-累加等基于压电传感器阵列和Lamb波的结构健康监测成像方法难以实现其损伤的准确监测。针对此问题,研究了一种与信号传播速度无关的损伤概率成像方法。该方法利用压电激励-传感网络通道的损伤因子,通过椭圆轨迹法确定各通道损伤因子的有效影响区域,然后对各通道损伤因子的椭圆影响区域合成进行成像,实现了复合材料T型接头损伤的准确监测,并使用超声C扫描进行了验证。实验结果表明,利用损伤因子可以在线监测复合材料T型接头的健康状态并实现损伤预警,在此基础上利用损伤概率成像方法可以实现损伤位置的判别。

高强铝合金T型接头激光焊接的研究现状

分析总结了高强铝合金T型接头激光焊接存在的几个主要问题,从工艺的优劣性方面介绍了当前高强铝合金T型接头激光焊接常用的几种工艺,通过实验论证了采用填充粉末焊接高强铝合金T型接头焊接的可行性。并提出了激光加工专用粉末制粉工艺的一个新的研究方向。

6061-T4铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺

采用搅拌摩擦焊方法成功获得3种不同组合形式(搭接/对搭接/对接)的6061-T4铝合金T型接头。对接头的焊接缺陷、微观组织、硬度分布及抗拉强度分别进行观察和测试。结果表明:在前进侧圆角过渡区或筋板焊核区,3种接头均容易出现隧道缺陷;弱结合缺陷由于塑性变形偏离原始连接界面而向筋板或者壁板前进侧偏移;与常规搅拌摩擦焊对接搭接接头不同,T型接头沿筋板方向出现热机影响区和两个圆角过渡区;软化区域和弱结合是导致沿壁板拉伸强度降低的主要原因,而弱结合和隧道缺陷是引起这3种T型接头沿筋板方向断裂的重要原因。

基于SYSWELD的T型接头温度场的数值模拟

基于有限元软件SYSWELD对T型接头温度场进行三维动态模拟,得出了瞬态温度场分布图和特征点的热循环曲线,同时也得出了焊缝上任一点的温度变化与相演变的关系。与文献资料比较表明,所建立的数值模拟仿真模型可以较好的模拟焊接温度场,为研究焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据。

基于响应面法的汽车车身T型接头优化

提出了一种适用于汽车概念设计阶段的车身T型接头快速优化方法。该方法根据T型接头的结构特点,将其划分为1个本体区域、3个分支区域和3个过渡区域,并建立7个相应的六面体作为各区域的控制体,通过六面体顶点的位置变化来实现各区域结构的尺寸变化。接着提取整车刚度和强度分析工况下接头的边界载荷,并利用拉丁方实验设计方法对接头有限元模型进行数据采样,采用移动最小二乘响应面方法构建了接头的近似优化模型。最后将接头中3个分支区域的整体尺寸和零部件板厚作为设计变量,应用连续二次规划方法对近似模型进行优化。结果表明,在实现接头轻量化的前提下,大大提高了接头的刚度和强度。

T型接头搅拌摩擦焊接的研究进展

T型接头是满足轻量化需求的关键结构之一,但传统熔化焊在T型构件焊接方面并无优势。作为一种固相焊接技术,搅拌摩擦焊采用特殊的焊接夹具,对中、薄板T型构件实行单面焊三面成型技术,显著降低焊接热输入、减少焊接变形,因此T型接头搅拌摩擦焊可能是一种极具发展前景的工艺方法。从搅拌摩擦焊接T型接头(FSW-T)的焊接工艺、焊接缺陷、显微硬度、力学性能与数值模拟方面概述了国内外研究现状,揭示了FSW-T焊接领域尚需解决的关键科学问题,对该领域未来的研究方向提出了展望。

面向正向概念设计的车身T型接头快速优化

在车身概念设计阶段,提出了面向正向概念设计的T型接头的快速优化方法。该方法不依赖CAD模型,直接利用接头截面信息,快速建立由隐式参数驱动T型接头更新的全参数化模型,并建立了自动的T型接头多目标优化流程。以某车型B柱下接头为例,在满足强度、刚度要求的约束条件下,快速设计出以侧面碰撞性能和质量较优为目标的T型接头结构。优化结果根据冲压工艺和造型要求进行适当调整后,应用到实车中。

多道间断焊T型接头的数值模拟

不停输带压开孔操作的关键在于在线焊接 ,由于作业时不停止介质的传输 ,管道设备内部介质的压力、温度等特性会影响操作的安全性。在有内部介质流动的设备上进行在线焊接 ,局部高温是引起烧穿的主要原因 ,本文将间断焊技术引入在线焊接 ,对其温度场和应力场进行了数值模拟 ,结果表明 ,采用间断焊可以有效降低焊接时的温度 ,而且残余应力数值与连续焊相当。

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.

基于虚拟试验场的汽车车身T型接头疲劳分析

为在概念设计阶段即能估计汽车结构的疲劳寿命,利用虚拟试验场技术建立具有真实接头的整车简化模型并组合虚拟试验路面模型;应用动态非线性显式分析软件LS-DYNA进行瞬态响应分析,获取车身结构动态应力的时间历程。以某微型车的C柱上接头为例,应用应变寿命法进行了T型接头结构的疲劳寿命分析,并对寿命短的部位进行改进设计,最后通过道路试验验证了分析的可行性和有效性。

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头拉伸断裂实验研究

针对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头力学性能开展了实验研究,首先通过显微观测分析了T型接头的缺陷特征,随后进行了沿蒙皮板方向和沿支撑板方向的宏观拉伸实验,利用数字图像相关(DIC)方法研究了接头的拉伸断裂行为.实验结果表明,焊接接头中均存在弱连接缺陷,且弱连接缺陷是导致接头沿筋板断裂的主要原因.沿蒙皮板方向拉伸时,接头的强度受焊接参数的影响不大,且其断裂主要是由热影响区(HAZ)材料软化且两侧材料强度差异较大所引起;沿支撑板方向拉伸时,试件首先在弱连接缺陷处萌生裂纹,裂纹在载荷作用下沿弱连接所在的方向扩展,并在试件另一侧靠近筋板处产生明显的应力集中区域,最终试件发生剪切断裂失效.此外,接头沿筋板方向抗拉强度随焊接转速的增加有增大趋势.

概念车身的T型接头模型拓扑优化设计

通过静态刚度对比,验证了概念车身模型的正确性及可行性。考虑到接头刚度对车身刚度的重要影响,将接头模型加入到概念模型中,建立了T型接头与梁结构的混合模型(TJB模型)。通过权衡扭转工况下各接头部位对开口刚度的实际贡献,选择了车顶部位的关键接头作为修改区域。应用变密度法进行了拓扑优化,并根据优化结果及车身结构特点布置了加强板,取得了良好的修改效果。在车身的概念设计阶段采用拓扑优化方法,不仅可以加快设计进程,而且能够得到性能更优、结构更合理的产品。