Effects of distance between arc and heat sink on stress and distortion in DC-LSND welding technology

The characteristics of temperatures, stresses and strains fields have been studied numerically for a titanium alloy sheet welded with an improved gas tungsten arc welding method, in which a trailing spot heat sink is introduced to control the welding stress and distortion. The impinging jet model is employed to describe the internee heat transfer between the cooling media and the top suufuce of the workpiece. The influcnee of the distance between arc and heat sink is investigated. Results show that there is an ideal range of distance. Using the ideal distance, a low stress and no distortion welding structure can be derived.

动态控制的低应力无变形焊接新技术

在成功地研究并开发了薄壁构件低应力无变形焊接新技术的基础上，把靠预置温度场静态控制焊接应力与变形的方法发展到动态控制法，这一新构思所形成的动态控制焊接应力与变形的新技术的原理在于：不再依赖预置温度场，而是直接利用电弧在薄壁构件上所形成的焊接温度场，建立一个特殊构造的热潭跟随电弧，构成“热源－热潭”多源系统，在熔池后的高温焊缝区产生强烈的局部急冷拉伸作用，控制和补偿焊接时产生的压缩塑性变形。达到薄壁构件低应力无变形的焊接效果。

钛合金薄板带热沉的TIG焊温度场

采用数值模拟和试验相结合的方法比较研究了钛合金薄板常规钨极氩弧焊(TIG)及带热沉的TIG焊焊接过程中温度场的形态与演变历史。相对于预置温度场的静态焊接应力和变形控制技术 ,带热沉的TIG焊接技术又称动态控制低应力无变形焊接技术 (DC -LSND ,Dynamicallycontrolledlowstressno distortion)。该技术中 ,在热源之后紧随起冷却作用的热沉装置。研究结果表明 ,采用DC -LSND技术在热沉附近形成了中间低两边高的马鞍形温度场 ,热沉作用部位存在温度低谷 ,该温度区冷却收缩造成对附近高温区的拉伸作用 ,使焊缝不协调应变减小 ,焊缝中的残余拉应力降低 ,防止了焊接变形的产生。对DC -LSND畸变温度场的研究是了解这种方法控制变形机理的前提。

热沉位置对钛合金薄板焊接残余应力的影响

采用切条应力释放法测量钛合金TC4薄板对接试件选用不同的热沉位置分别进行动态控制低应力无变形(DC LSND ,dynamicallycontrolledlowstressno distortion)钨极氩弧焊 (TIG)时试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明 ,热源与热沉之间的距离是重要的工艺参数之一 ,该参数对焊接应力和变形的控制效果有很大影响 ,适当的热沉位置是动态控制低应力无变形钨极氩弧焊实现低应力无变形焊接效果的一个必要条件。热源与热沉之间的高温金属处于力学熔化状态、无力学抗力时 ,热源与热沉之间距离的增加有助于降低焊接残余应力 ,减小纵向塑性变形。在所选用的焊接条件下 ,动态控制低应力无变形钨极氩弧焊焊接时热源与热沉相距 3 0mm ,近缝区的不协调应变较小 ,控制焊接应力与变形的效果较好。

薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验。研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上。

1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术

针对1420铝锂合金平板对接和T形穿透焊接结构,开展了动态低应力无变形(DC-LSND,dynamically controlled low stress non-deformation)焊接技术的可行性研究;通过与常规TIG焊进行焊接应力和变形、接头组织以及拉伸性能的对比,分析了该技术实现应力和变形控制的原因。结果表明,采用动态低应力无变形焊接1420铝锂合金平板对接结构,能够有效地减小焊接应力和变形,并且对接头的拉伸性能没有影响,同时采用该技术可实现铝锂合金T形接头穿透焊的应力和变形的控制。

阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法。结果表明,采用该方法可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,焊后试件基本无变形。采用射流冲击热沉的动态低应力无变形搅拌摩擦焊接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊类似,但应力峰值明显降低,约为常规FSW接头应力峰值的45%,可以实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接。该项技术可以提高一些铝合金材料FSW接头性能,具有较好的技术经济价值。

热沉对焊接残余变形的影响及参数优化分析

对常规的熔化极保护气体焊(MAG)和动态控制低应力无变形(dynamicallycontrolled low stress no-distortion,DC-LSND)MAG焊进行了数值仿真,并对实际的DC-LSND焊件进行了测量,数值仿真结果与试验结果吻合良好.以构架侧梁的焊接残余变形为研究对象,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析,得到了相应的最优方案.结果表明,最优参数下DC-LSND MAG焊控制焊接残余变形的效果明显.

铝合金动态控制低应力无变形(DC-LSND)MAG焊焊接过程模拟

对动态控制低应力无变形(dynamically controlled low stress no-distortion,DC-LSND)铝合金MAG焊进行了数值仿真,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析。通过对有限元软件的二次开发,实现了焊接热源程序的加载和热沉过程的加载。对比正常焊接过程,采用热沉实现了随焊激冷法后焊接残余应力降低。在其他条件热沉不变的条件下,随着热沉强度的增大,残余应力显著降低。在热沉强度不变的情况下,热沉与热源距离在30 mm左右时,应力降低效果最为明显。

酸性条件下X80级高强度管线管

通过对酸性条件下X80级高强度、大口径管线用钢和UOE钢管的实验室试验和工业性试验,提出了降低钢中Mn含量,同时在钢中加入适量Cr,并在轧后采取控制冷却的方法,在保证获得足够强度的同时,降低钢在酸性溶液中HIC敏感性的新观点。通过试验得出了降低HIC敏感性的Mn的临界含量和Cr的适宜含量;提出了控制焊缝最大硬度,可以改善钢的抗SSC性能的观点。

低温储罐失效分析及预防措施

文中对低温设备温差应力循环所产生的疲劳失效事故进行了分析,目的是防止低温储罐在使用中出现疲劳破坏。文中通过对失效低温设备断口形貌特征的勘察,采用断口分析、焊接缺陷分析、温差应力循环与疲劳载荷分析的方法,得出了低温液体储罐设备在使用中易出现疲劳失效模式的结论。同时,从设计结构、施焊控制、安全泄放装置维护等方面,对低温液体储罐疲劳失效提出了预防措施。

低温环境下焊件应力变形分析与控制

简要分析了在低温环境下焊件变形的温度因素影响过程,测试了低温下形变量相应的偏差幅度,对此提出了温度预防措施和物理预防措施等控制形变的几种方法,以减少温度对变形的影响。