船体梁结构低应力无变形焊接技术研究方法概述

低应力无变形焊接技术是一种降低焊接变形和残余应力的新技术,具有高效、灵活、效果明显等优点,有望能得到广泛应用.综述了近年来低应力无变形焊接技术的研究现状,并对国内外的研究成果进行了简要的介绍在此基础上,对基于低应力无变形焊接技术的焊接变形和残余应力控制研究的发展进行了展望,并以T型梁为例进行无变形焊接模拟研究.

动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了用于FSW的阵列式射流冲击热沉系统,该系统可有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.动态低应力无变形技术不仅可以提高6082-T6铝合金FSW接头性能,而且与搅拌摩擦焊的工艺适用性好,因此具有较好的技术经济价值和良好的应用前景.

可编程控制器在低应力无变形自动焊接设备上的应用

焊接设备的单机自动化，是现代焊接技术的主要发展方向之一。本文较详细地介绍了可编程控制器在低应力无变形焊接设备上实现焊接过程自动化控制的应用情况，该设备已调试成功并在生产中应用。

静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究。分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异。根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值。

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。

低应力无变形焊接技术对船舶制造的影响

目前,低应力无变形焊接技术在制造业中被广泛推广,它是一种能够降低焊接残余应力与变形的高质、高效的新型焊接技术。关于如何利用低应力无变形焊接技术控制残余应力与变形,综述近些年国内外学者的研究现状。同时,基于热弹塑性有限元理论,利用低应力无变形焊接技术对船舶制造业中使用最为普遍的钢板对接进行焊接数值模拟仿真,并展望了低应力无变形焊接技术在船舶领域的推广和应用。

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。

FSW接头残余应力分布及控制技术

对不同搅拌头、不同工艺参数条件下的搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形进行了测量和分析,在优化参数条件下,研究了动态控制低应力无变形焊接技术搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形及残余应力的影响。研究表明,减小搅拌头轴肩直径、降低焊接热输入有助于减小结构宏观变形;动态控制低应力无变形焊接技术有助于减小接头残余应力,但是对结构宏观变形的作用不是很明显。

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.

热拉伸效应控制飞行器板壳结构焊接变形

低应力无变形焊接技术是一种在焊接过程中直接实施热拉伸效应的方法,可以在待焊工件的全截面上由预置温度场建立温度梯度形成温差拉伸效应,或者在焊接热源附近的局域范围内由热沉建立大温度梯度形成温差拉伸效应。

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

采用曲壳单元热弹塑性有限元法,对巧ND静态低应力无变形焊接控制技术中辅助热源影响焊接残余应力的规律进行了数值模拟。计算结果表明:(l)随焊接热源一起加热和冷却的辅助热源能使加热瞬时的板内应力重新分布.对焊接残余应力的影响不大。(2)

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。

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。

热源与热沉的距离对焊接接头应变影响研究

热源与热沉的距离D是动态控制低应力无变形焊接技术的关键参数之一。采用有限元技术开展了热源与热沉中心的距离对焊接接头应变影响的研究。研究发现:冷却介质的急冷作用使得热源与热沉之间的温度陡降,温度梯度变大,热沉作用处成为焊缝中心线上温度最低的位置;不同的D值引起的焊缝中心点的温度历史不同,塑性应变的历史不同,残余态结果也不同。热源与热沉之间距离越近,拉伸作用越强。热源与热沉中心的距离较近时,可以产生大于加热阶段形成的压缩塑性应变的拉伸塑性应变,从而不仅补偿加热时产生的缩短应变,而且还使焊缝中存在拉伸塑性应变。

带热沉装置的搅拌摩擦焊研究

基于动态控制低应力无变形焊接法原理和搅拌摩擦焊特有的应力应变特点,设计开发了可应用于搅拌摩擦焊的单点式热沉和阵列式射流冲击热沉系统。通过两种不同热沉系统在铝合金搅拌摩擦焊中的对比研究,结果表明,单点式热沉虽然可以减小FSW焊接变形,但此种冷却方式会使接头性能大幅度下降,接头强度仅达到常规FSW的80%左右。经过改进的阵列式射流冲击热沉系统可以主动控制FSW过程中各个区域的温度分布,从而有效控制焊接过程的热弱塑性应力应变场,达到动态控制低应力无变形的焊接效果。焊缝氢含量的测试分析表明,阵列式射流冲击热沉系统可以改善接头的残余应力分布,防止冷却水侵入焊缝。带阵列式射流冲击热沉系统的搅拌摩擦焊技术可以实现低应力无变形焊接,且工艺适用性好,具有广阔的应用前景。

新型搅拌摩擦焊专利技术——射流冲击热沉搅拌摩擦焊接方法及装置

导读:为了有效避免采用焊后矫形和夹具装夹等复杂且耗时的方法控制和消除薄壁结构件焊接残余应力和变形,近日,北京赛福斯特技术有限公司(中国搅拌摩擦焊中心)

焊接材料及其生产设备

采用曲壳单元热弹塑性有限元法,对巧ND静态低应力无变形焊接控制技术中辅助热源影响焊接残余应力的规律进行了数值模拟。计算结果表明:(l)随焊接热源一起加热和冷却的辅助热源能使加热瞬时的板内应力重新分布.对焊接残余应力的影响不大。(2)