基于试验数据关系模型的焊接变形计算方法研究

运用固有应变弹性有限元法计算焊接变形时需要输入焊接结构的固有应变值,为了方便固有应变值的计算,文中应用了一个无量纲热输入参数,建立了基于试验数据的固有应变与无量纲热输入参数的关系模型。最后,计算了4个案例的焊接变形,结果表明整体变形的计算值与试验值的平均相对误差符合工程要求。

曲面分段的焊接试验及弯曲变形评估

曲面分段的建造精度直接影响船体结构的水动力性能及运营成本,其焊接变形的预测和控制,是船舶智能建造的研究难点。以6 mm厚Q235船板钢的单曲率加筋焊接结构为研究对象,在专用胎架上通过二氧化碳(CO_(2))气体保护焊,完成曲面分段建造;采用全站仪测量曲面分段上胎、封胎、焊接以及脱胎等状态下的结构形状,通过线切割和抛光腐蚀,获得平角焊接头的宏观金相。基于瞬态的热-弹-塑性有限元方法,分析典型平角焊的热-力学行为以及夹具拘束的影响;通过对比熔池形状,确认计算的可靠性,进而评估出焊接固有变形;建立曲面分段的壳单元网格模型,以焊接固有变形为力学载荷,预测曲面分段的建造精度。研究表明:有限元预测的结果与试验测量数据高度吻合,且焊接纵向收缩是曲面分段产生弯曲变形的主要原因。基于上述先进的焊接变形计算方法,分析拘束距离、满焊等工艺对典型接头焊接变形和曲面分段建造精度的影响,可为后续曲面分段的建造工艺优化提供参考。

火箭贮箱侧壁法兰结构TIG焊接变形仿真与顺序优化

文中针对火箭贮箱侧壁法兰结构TIG焊接的变形情况开展有限元分析,建立2A14铝合金贮箱侧壁法兰结构TIG焊接有限元模型,采用双椭球模型模拟马鞍形焊缝的焊接热输入情况,并根据焊接过程温度检测结果及焊缝宏观形貌校核热源模型,重点探究焊接起始位置、焊接顺序对关键部位(焊缝、密封槽)焊接变形的影响。模拟结果表明,焊后变形主要集中在焊缝区域,密封槽变形较小;焊缝与密封槽的焊接变形分布趋势相近,均在B(B')点出现变形峰值。此外,与改变焊接起点相比,改变焊接顺序对焊接变形的影响更为显著。贮箱侧壁法兰结构焊接顺序优化结果显示,在盖面反向焊(方案四)下,焊接变形分布较为均匀,焊缝和密封槽焊接变形最小。在这种情况下,焊缝最大变形量为1.022 mm,密封槽最大变形量为0.505 mm。

基于固有应变法的中空薄壁铝合金结构件焊接变形及残余应力预测

为提升中空薄壁铝合金结构件焊接变形与残余应力预测精度。基于固有应变法与焊接热输入参数对焊接等效载荷开展求解,利用有限元仿真方式从变形及应力的角度出发,分别对焊接变形及残余应力进行分析,并通过焊接试验进行验证。结果表明:焊缝左右两侧的边缘区域是产生焊接残余应力的主要位置,横向、纵向残余应力分别为275 MPa、181 MPa,结构件上蒙板呈马鞍形分布,焊接所导致的最大变形分布在上蒙板左右两侧,左右两侧仿真最大值分别0.299 mm、0.274 mm,左右两侧试验最大值分别0.37 mm、0.34 mm,试验变形值略大于仿真变形值,两侧变形预测误差率分别为19.1%、19.4%。研究结果可为类似中空薄壁铝合金结构件焊接变形及残余应力预测提供一定参考依据。

薄壁舱体构件电子束焊接变形模拟分析与优化

大型、多焊缝的薄壁类航天舱体构件在电子束焊接后,存在焊后变形校正难的问题,模拟计算可以预测变形趋势并优化焊接工艺以获得最小变形量。该文对铝合金航天用舱体结构进行了焊接过程的数值模拟,采用平板结构进行了有限元模型的建立与校核,对舱体结构进行了建模,研究了焊接顺序、焊接工艺参数对焊后最大变形量的影响及构件焊后变形趋势。结果表明,构件整体弯曲变形,优先焊接2条纵缝会导致较大的变形量,热输入越大,构件焊后变形量越大。在达到6 mm熔深时,采用高焊接速度35 mm/s及较小的功率5.4 kW可以获得最小的焊接变形,为0.35 mm。该文为薄壁大型舱体结构焊接工艺参数优化提供了依据。

基于固有应变有限元法的大节段钢箱梁焊接变形控制研究

采用三维弹塑性有限元法和固有应变弹性有限元法结合的方法,对不同顶板厚度的顶板-U肋焊接进行数值模拟,通过对焊缝的焊接变形分析得到其固有应变,再将计算得到的固有变形以温度荷载的形式加载到整个钢箱梁顶板-U肋结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对不同板厚结构残余变形的比较,分析板厚对大节段钢箱梁焊接变形的影响。在此基础上,拟合反变形胎膜形状公式,为大节段钢箱梁焊接变形控制和消除提供理论依据。

基于固有应变的旧钢桥加固焊接应力和变形分析

文章针对某大型桥梁实际加固修复焊接,利用独自开发的焊接变形分析系统软件,预测不同工艺和工况条件下大桥的应力和变形,获得不同条件下桥梁变形和应力的分布规律,确认该大型桥梁加固焊接施工方案的安全性。同时,该文为实际焊接工艺的优化提供了技术解决方案。

体积收缩法预测LNG储罐内罐焊接变形

通过Visual-Assembly软件对LNG储罐内罐典型焊缝的焊接接头进行模拟,并将模拟数据与试验数据进行对比,以确保模拟数据的可靠性。将简化接头的焊缝及热影响区的网格复制到LNG储罐模型中,对储罐的焊接变形进行预测。结果显示,3块典型焊接接头的小尺寸钢板模拟结果与试验结果接近,证明模拟结果的可行性;LNG储罐内罐的模拟结果显示4人、8人和11人的焊接变形基本一致,但是11人同时焊接的焊接效率最高;整装整焊和随装随焊2种焊接顺序下产生的焊接变形基本一致;横焊、立焊均采用TIP-TIG焊比立焊采用TIP-TIG焊、横焊采用SAW产生的焊接变形小,并且它们的变形方式不一样。

基于水雾在线冷却的钛合金激光焊接应力变形研究

为解决TC4钛合金薄板激光焊接后因残余应力引起的变形问题,选用500 mm×50 mm×1.2 mm规格的TC4钛合金薄板作为研究对象,通过激光焊接并应用水雾在线冷却法进行同步冷却。保持激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参数一致,仅改变水雾压力,以研究不同冷却条件下的应力变形控制效果。结果表明,在水雾压力为0.4 MPa、激光功率800 W、焊接速度1.3 m/min、离焦量0 mm的条件下,与自然冷却相比,焊后残余应力降低了29%,最大纵向挠曲变形量减少17.6%;水雾冷却下的焊缝组织尺寸更细小,分布更规整有序。试验证明,水雾在线冷却法能有效改善TC4钛合金薄板激光焊接后的残余应力和变形问题,还可以促进马氏体相变,使焊缝的网篮状组织更加规整有序,从而提升接头的力学性能。

CR400BF动车组车体端墙焊接模拟仿真与变形控制研究

CR400BF动车组车体端墙为封闭腔体铝合金型材拼焊结构,焊接量大,焊接变形大,尺寸不易控制,影响车辆装配精度和外观质量。针对CR400BF动车组车体端墙焊接变形的控制方法进行研究,通过焊接模拟仿真和实际生产相结合的方式,从结构优化、焊前预制反变形和焊接工艺优化三个方面提出了一套较为优化的端墙焊接变形控制方法。在结构优化方面,采用带立柱的封闭式型材结构代替传统开式型材结构,增加了端墙的刚度。焊前反变形方面,通过调整侧弯梁单件的外形弧度和外部弯梁的组对宽度,实现了对焊接变形的有效控制。焊接工艺优化方面,采用“先长后短、先大后小”正反面交替焊接顺序,并调整段焊间距和数量,进一步减小了焊接变形,保证了端墙各项关键尺寸,进而提高了产品质量和生产效率。

TRIZ在邮轮薄板焊接变形控制中的应用

为解决邮轮建造过程中薄板焊接变形带来的装配工艺差、交付周期长、承载能力弱等一系列问题,利用TRIZ理论对薄板焊接变形进行了研究,首先建立焊接过程功能模型,通过焊接变形原因映射图快速、精准定位影响因素;随后结合矛盾矩阵确定拟采用的发明原理,从而提出改进方案。此外,TRIZ理论在邮轮薄板焊接变形控制的运用,为在邮轮建造过程中的应用提供方法参考。

矿用自卸车纵梁焊接变形的工艺研究

对矿用自卸车纵梁的焊接变形进行了分析研究。通过采用组对工装、控制焊接顺序和预热温度,以及利用FANUC机器人接触寻位、多层多道焊和电弧跟踪功能规划了一套车架纵梁的焊接路径,将焊接变形控制在5 mm以内,解决了长期以来焊接变形达10 mm的问题。该方法减轻了工人的劳动强度,提高了焊接效率,降低了焊接返修成本,保证了生产质量。

热核聚变环向场线圈盒直段盖板焊接变形数值模拟分析

对热核聚变环向场线圈盒AU直段盖板进行焊接变形有限元模拟分析,线圈盒焊接件焊接精度要求高,因此焊接变形的调控是重点考虑的问题。基于ABAQUS有限元分析,等比例缩放建立AU直段盖板模拟件模型,利用Python脚本进行二次开发,使用单元体热源模型来模拟多层多道焊,探究焊接顺序、焊接层数和固定工装对焊接变形的影响规律。对AU直段盖板模拟件设计4种焊接顺序,分析不同焊接顺序对焊接变形的影响;通过改变焊接层数和安装固定工装,探究小能量多道次焊接和安装固定工装对焊接变形的调控作用。结果表明:4种焊接顺序中对角同期焊接的焊接变形最小;焊接道次的细化可降低焊接变形;刚性固定约束工装的安装可进一步降低焊接变形。

煤矿用液压支架顶梁结构的焊接变形控制研究

以ZY8640/25.5/55型液压支架顶梁结构为研究对象,对液压支架主要结构及尺寸进行简要介绍的基础上,引出顶梁结构焊接变形问题.提出顶梁结构的TANDEM双丝焊工艺,并对焊接工艺参数进行详细设计.通过焊接试验发现相邻主筋板之间的变形量最大值为3.83mm,达到了最大变形量不超过4mm的基本要求.验证了提出的焊接工艺是有效的,达到了控制顶梁结构焊接变形的效果.

基于焊接变形控制的筒体结构及焊接工艺优化

焊接变形是影响筒体生产制造质量和制造成品率的主要问题。文中分析了筒体焊接变形原因和焊接变形控制措施的局限性,提供了一种能够控制筒体焊接变形的设计结构优化方法,优化了控制筒体焊接变形的焊接工艺,保证了产品的焊接质量和机械加工质量,提升了产品的制造成品率,为同类产品或类似产品焊接变形问题的解决,提供了一种优化方法和参考。

抽水蓄能电站压力钢管纵缝埋弧自动焊焊接变形控制措施

针对抽蓄电站压力钢管纵缝埋弧自动焊的焊接变形问题,以内蒙古芝瑞抽水蓄能电站钢管加工为例,总结归纳了焊接变形的原因和危害,论述分析了焊缝焊接变形控制可采取的相关措施。为后续的钢管制作焊接变形控制提供了有效的方法。

大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。

窄间隙焊接变形研究现状及进展

在大厚度结构件的焊接中窄间隙焊接技术具有生产效率高、接头力学性能好等优点。然而,窄间隙焊接技术对坡口变形非常敏感,微小的变形量也会对焊接过程产生很大影响,并直接导致焊件结构精度和力学性能降低。有必要深入研究窄间隙焊接变形的规律和控制机理。综述了窄间隙焊接变形的数值模拟和实验测量两大研究方法的研究现状。数值模拟法方面主要介绍了热-弹塑性有限元法和固有应变法;实验测量法主要介绍了变形标点测量、位移传感器、激光跟踪仪和三维扫描测量法。通过对比分析窄间隙焊接变形研究方法的原理和特点,表明数值模拟和实验测量相结合的研究方式能够更准确地揭示窄间隙焊接变形规律和机理。

基于数字孪生的核电关键结构全周期制造焊接变形预测

基于数值模拟方法精确预测大型复杂焊接结构制造过程的变形一直是焊接工程领域的难点。而具备数化—虚拟模型,互动—虚拟现实信息交互,先觉—现实数据背后隐藏知识,先知—精确预测四大特征的数字孪生技术,具备更高维度处理焊接工程问题的能力,且其范畴涵盖数值模拟方法,因而可在超大型复杂焊接结构变形控制中予以借鉴。文中以四代核电关键结构堆顶固定屏蔽结构为研究对象,制定基于数字孪生的技术路线。通过焊接制造试验及数值模拟等方法研究相关结构焊接变形量及规律,实现数字孪生四大特征,最终达到定量预测实际堆顶固定屏蔽结构的焊接变形的目的,为其结构设计优化及焊接变形控制措施提供理论及试验基础。结果表明,堆顶固定屏蔽实际结构制造的实际焊接变形与数字孪生技术预测结果达到毫米级定量吻合,证明数字孪生技术可降低基于数值模拟方法预测超大型焊接结构变形的不确定性,进一步提升变形预测精度。

浅谈转载机槽体焊接变形的预防与应对措施

近年来,随着煤矿综采工作面长度、采掘高度的不断增加,转载机的槽宽,由最初的720mm,增加到1350mm,甚至达到1800mm;中板厚度由40mm,增加到60mm,其中凸槽中板厚度可达80mm。随着槽宽、中板厚度、刮板链速度的不断增加,转载机所承载的运输强度也在不断增大,这就对转载机的可靠性提出了更高要求。因为转载机处于综采工作面的咽喉部位,一旦出现质量问题,会导致煤炭运输中止,进而造成整个采运系统的瘫痪。由于转载机槽体为整焊封底式结构,这就要求焊接强度,即焊缝尺寸必须得到保障。但是,焊缝尺寸增大的同时,会导致焊接热输入成倍的增加,焊接变形量也相应地变大,成为影响转载机槽体生产制造的一个难题。本文分析了矿用刮板转载机槽体中板焊接变形的成因,并从材料选型、设计结构、工艺保障3方面阐述了减缓焊接变形的措施。并在经过充分实践的基础上,提出了中板焊接变形的有效应对措施。