高强钢Q960E对接接头残余应力与焊接变形的数值模拟

利用等强匹配焊丝和混合气体保护焊方法制备了Q960E低合金高强钢的多层多道对焊接头。采用实验法测量了焊接温度循环、焊接变形以及焊接残余应力,同时观察了焊接接头的微观组织,并测量了硬度分布。基于焊接接头的组织特征,以SYSWELD软件为平台,开发了考虑“热-组织-应力”多物理场耦合的热-弹-塑性有限元计算方法。重点考虑了热影响区的固态相变材料模型,采用JMAK方程描述加热阶段的奥氏体化过程,采用K-M关系模拟冷却阶段的马氏体相变过程,同时基于Leblond模型考虑了冷却过程中的相变诱导塑性。数值模拟结果与实验测量结果的对比表明,有限元模型得到的残余应力分布和焊接变形与实测数据吻合较好,同时数值模拟结果还证明了固态相变对Q960E钢对接接头热影响区的残余应力分布与大小均有显著的影响。

6061-T651铝合金薄板接头的焊接变形

基于有限元软件ABAQUS,开发可同时考虑材料非线性、几何非线性和移动热源的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟焊接过程中的热-力学耦合行为。以3 mm厚的6061-T651铝合金薄板TIG焊单道重熔和MIG对接接头为例,模拟分析焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形。同时,采用实验方法测量两种焊接接头的横向收缩和面外变形。结果表明:数值计算所得到的横向收缩、角变形与实验测量结果十分吻合,验证所开发的有限元计算方法的有效性。此外,基于数值模拟结果和实验结果验证了铝合金薄板焊接接头面外变形的形成机理。

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC.Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法.以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力.并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响.结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.

弧焊短路过程稳定性评价

简述了短路电弧焊接的物理过程及过程稳定性概念，介绍了有关短路焊接过程稳定性各种评价方法及相应准则，最后对其进行了必要的讨论。

发挥工科专业教育作用 培养创新型焊接人才

以焊接专业为例,分析了专业课程及实践环节教育特点,指出工科专业教育功能是搭建在基础知识、技术基础知识与思考和解决实际问题之间的桥梁.应充分发挥专业教育的桥梁功能作用,培养学生理论联系实际的思考能力,综合运用知识技术和技术集成的能力,面对实际问题再学习和不断更新自己知识结构的能力,以及在市场经济的浪潮中勇于探索、善于创新的能力.最后给出了典型案例,供广大焊接专业教育工作者参考.

燃气燃烧特性对火焰切割性能的影响

根据燃气物理化学性质的分析，比较燃气燃烧速度、火焰热量分布、温度的高低，阐述了乙炔、丙烷、丙烯、甲基乙炔－丙二烯稳定燃气（ＭＰＳ）及液化石油气、天然气等燃气燃烧特性对火焰切割性能的影响。最后对燃气的选用进行了讨论。

坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响

近年来,异种钢焊接接头在工业应用上越来越广泛。在焊接中、厚板的异种钢接头时,为了获得全焊透接头通常需要在工件上准备坡口。由于坡口处需要填充焊缝金属,因此不同的坡口要采用不同的热输入和焊道布置。理论上而言,不同热输入和焊道布置对焊接残余应力与变形会有影响。采用数值模拟与试验手段相结合的方法研究坡口形式对Q345与SUS304异材对接接头的残余应力与变形的影响。以有限元软件ABAQUS为平台,开发热-弹-塑性有限元数值计算方法来模拟板厚为10 mm的V形和X形坡口Q345/SUS304异种钢平板多道焊对接接头的温度场、应力场和焊接变形。采用盲孔法测量V形坡口接头表面的焊接残余应力;分别采用游标卡尺和三坐标仪测量V形和X形坡口接头的横向收缩和角变形。通过比较可知,不论是焊接残余应力还是焊接变形,计算结果与试验结果都吻合较好,验证了计算方法的有效性。研究结果表明,在Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续的现象,而且接头中SUS304侧的高拉伸残余应力区域明显宽于Q345侧。数值结果表明,坡口形式对纵向残余应力的峰值影响较小,而对横向残余应力的峰值有一定影响。试验和数值模拟结果显示V形坡口接头的横向收缩和角变形明显大于X形坡口接头的值。

球墨铸铁后桥壳的铸造缺陷分析和工艺优化

针对球墨铸铁后桥壳铸造过程中容易产生缩孔、缩松、热裂等典型缺陷,采用计算机辅助设计软件Pro/E,建立三维实体模型。使用有限元数值软件Z-CAST对铸件充型和凝固过程进行定性模拟再现,分析了铸造过程产生缺陷的主要原因,指导优化了浇注系统的设计,制定了新工艺。应用表明,新工艺降低了铸件缺陷率,达到提高了产品质量的目的。

弧焊过程智能检测分析系统的建立与应用

为研究弧焊过程电弧的稳定性和熔滴过渡的控制 ,研制开发了一套弧焊过程电信号智能检测分析系统。该系统由硬件检测电路和相关软件组成 ,具有信号采集、波形显示、数据统计分析、曲线拟合及数据存储功能。该系统通过焊接电压和电弧电流的采样数据所进行的统计分析能够获得反映焊接过程的特征数据 ,并通过对这些数据的分析可对焊接过程的质量进行有效的评定。

基于Windows环境下的弧焊机和电弧参数测试分析系统

本系统是在中文Windows环境下 ,应用程序设计语言MicrosoftVisualC++研究开发的。该系统不仅能进行焊机出厂自动检测 ,而且能对焊接电压和电流波形进行分析 ,从中提取出焊接过程的特征。本文还阐述了系统的应用效果。

微机控制的新型电阻焊电源

研制的新型电阻焊电源 ,以 80C196KC单片微机为控制核心 ,以工作于线性状态的MOSFET管组为电流调节器件 ,首次实现了电阻焊通电瞬间电流波形的任意控制 ,使采用最佳电流波形点焊成为可能。该电源用于桥带的焊接 ,成功地解决了传统焊接方法存在的问题 ,满足了桥带焊接质量的严格要求。实践表明 ,该电源是用于桥带焊接的理想电源 。

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.

电渣焊接头温度场数值模拟

为了研究建筑钢结构箱型柱中腹板与隔板处电渣焊接头的温度场,以有限元软件MSC.Marc为平台,开发了用于电渣焊温度场的计算方法.在所开发的计算方法中,采用了半椭球等密度热源模型来模拟电渣焊的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,并采用实测得到的低合金高强度钢SM490A材料的高温热物理性能参数模拟了箱型柱中的腹板与隔板电渣焊接头的温度场.同时采用试验方法实测了电渣焊接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头的焊缝宏观截面形状.结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果十分吻合,计算得到的焊缝形状与试验结果也基本一致,验证了所开发的数值计算方法的有效性.

Q420钢摆动式焊接接头温度场的数值模拟

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果吻合良好,复合热源模型不仅模拟出了焊缝成形系数大的熔池形状特征,还准确地模拟出焊缝的下坠区域,验证了复合热源模型模拟摆动式焊接接头温度场的准确性。

超高强耐磨钢NM500多层多道对接接头残余应力的研究

基于SYSWELD软件平台,以新型NM500钢的多层多道对接接头为研究对象,开发一种考虑固态相变的“热-冶金-力学”耦合计算方法来模拟对接接头的温度场、组织体积百分数以及焊接残余应力。同时,采用光学显微镜观察对接接头的显微组织,采用显微硬度计测量接头硬度分布,以及采用小孔法测量对接接头表面残余应力。数值模拟结果与试验测量结果的比较表明:使用实际焊接热输入模拟得到的对接接头超过冶金熔点以上的温度区域与实际焊接接头熔化区吻合较好;纵向残余应力峰值位于紧邻热影响区的母材上,其值约为1600 MPa,与母材的常温屈服极限相当;横向残余应力在焊缝厚度方向呈现“拉-压-拉”的分布形态。总体而言,数值模拟得到纵向及横向残余应力的大小及分布与试验测量结果吻合较好,验证了“热-冶金-力学”耦合计算方法的有效性。基于数值模拟结果,探讨了NM500钢多层多道对接接头焊接残余应力的形成机理。

Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比

分别采用气体保护焊(GMAW)和激光焊(LBW)焊接板厚为2.8mm的Q345低合金高强钢对接接头,并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台,开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时,采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入,分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明,焊接2.8mm厚的Q345钢板对接接头时,LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW;LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW,且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外,模拟激光焊时,虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同,但两者产生的焊接变形差异很小,焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。

焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对Q345钢焊接残余应力与变形计算精度的影响

建立合适的材料模型是有限元法准确预测焊接残余应力与变形的关键。基于有限元软件ABAQUS,采用热-弹-塑性有限元方法模拟Q345低合金高强钢平板对接接头的焊接残余应力与变形,探讨焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化对焊接残余应力和变形的影响。数值模拟结果表明,与理想弹塑性模型预测的结果相比,材料模型区分考虑母材和焊缝金属的屈服强度会明显增加焊缝及其附近区域的纵向残余应力,材料模型考虑材料的加工硬化及退火软化效应会显著增加焊接接头下表面的纵向和横向残余应力,材料模型考虑焊缝金属的屈服强度和材料的加工硬化及退火软化效应对平板对接接头角变形的影响较小。比较计算结果与试验结果可知,为准确地预测Q345钢接头焊接残余应力与变形,材料模型要区分考虑母材与焊缝金属的屈服强度、材料的加工硬化及退火软化效应。提出的材料模型为采用数值模拟方法高精度地获得Q345低合金高强钢接头或结构的残余应力与变形奠定了理论基础。