波形钢腹板梁T形接头焊接仿真分析与试验研究

为了解决波形钢腹板梁焊接温度场和残余应力分布尚不明确的问题,本文基于Simufact Welding软件建立三维有限元模型,对其T形接头的焊接温度场和残余应力进行了预测,并对模拟结果进行了试验验证。波形钢腹板梁的焊接温度场分布与熔池中心距离有关,距离熔池中心越近,温度梯度越大;焊接残余应力以纵向残余拉应力为主,而横向残余应力的应力水平相对较低,拉压应力共存;焊接速度和底板厚度的改变只会影响残余应力的峰值大小,不会影响残余应力的分布规律。结果表明:数值模拟结果和试验实测值吻合良好,数值模拟可靠。

FRP/钢嵌入式T形接头工艺性能优化及失效机理研究

在文献[1]给出的FRP/钢嵌入式T形连接方案基础上,设计两端面对称的内嵌式T形连接方案。在制备工艺上,提出了钢质槽体内密封芯材处不含U形卡槽(Ⅰ型)、含U形卡槽(Ⅱ型)以及U形卡槽与平铺层织物缝合(Ⅲ型)三种工艺方案,并参照上述三种工艺方案制作内嵌式T形连接接头,分别开展了拉伸、压缩弯曲承载特性试验研究,对比分析了三种接头分别在拉伸弯曲和压缩弯曲载荷作用下的初始损伤特性、损伤演变规律以及连接失效机理。研究结果表明:内嵌式T形连接方案有效降低了压缩弯曲载荷作用下钢质槽体两侧端面与层合板应力集中水平;无论是在拉伸弯曲还是在压缩弯曲载荷作用下,Ⅲ型接头初始损伤载荷均最高,且在极限承载状态下,Ⅲ型接头结构连接可靠性更高。

高强铝合金T形接头缺陷超声TOFD检测

【目的】针对现有无损检测方法对高强铝合金T形接头焊接结构缺陷检测可靠性低这一问题,开展高强铝合金T形接头焊接结构缺陷超声衍射时差法(Time of flight diffraction,TOFD)检测研究,旨在改善当前T形接头无损检测现状,并为其有效检测提供技术支持。【方法】进行了人工缺陷检测试验及焊接缺陷检测试验,基于试验的TOFD A扫描、TOFD D扫描及TOFD B扫描结果,分析了超声波在T形接头中的传播特点,计算了缺陷的位置,并阐明了超声探头间距对缺陷位置的测量误差的影响,以减小T形接头中焊趾信号对缺陷的衍射信号的干扰。【结果】研究结果表明,超声TOFD法可以检测出高强铝合金T形接头腹板焊趾和翼板焊趾中的缺陷。在实际焊缝中,由于焊趾形状不规则,若探头间距过大,焊趾的信号波对信号判断识别的影响更大,甚至将导致无法分辨缺陷衍射波。【结论】在保证超声波声场能覆盖整个焊缝的前提下,应该采用尽量小的超声探头间距,提高缺陷的可识别性及定位计算的精度。人工缺陷的平均测量误差为0.5 mm,焊缝缺陷的平均测量误差为1.5 mm。

TC4钛合金T形接头双光束激光焊接组织与力学性能研究

开展了1.5 mm⊥2 mm组合的TC4钛合金T形接头双光束激光焊接工艺试验,旨在研究该T形接头的微观组织与力学性能。结果显示,T形接头焊缝区主要为网篮状组织,在上部热影响区的交叉区为少量的针状α'相以及初生α相,下部热影响区交叉区为α相等轴组织。接头力学性能显示,抗拉强度与母材相当,平均弯曲角度为33.1°。完成了典型件的焊接,接头内部没有裂纹与气孔等缺陷,为轻量化构件制造提供了有效的焊接工艺。

热塑性复合材料T形接头制备工艺及拉伸性能研究

采用热压工艺一次成型技术制备一种碳纤维增强热塑性复合材料T形接头试件,并对其进行拉伸试验,分析了其破坏失效机制。研究结果表明:热压工艺技术稳定性较好,易成型,易制备,所得的T形接头整体性能较好;在拉伸试验中,随着载荷增大至378.81N左右,T形接头三角区与筋条腹板拐角处首先萌生细微初始裂纹,T形接头出现损伤破坏,且裂纹向突缘端部扩展直至T形接头完全破坏,最终失效破坏模式为蒙皮与筋条的分层破坏;T形接头拉伸破坏模式为接头富树脂三角区的树脂与纤维布界面分层,其拉伸破坏主要取决于树脂基体抗拉脱分层的拉伸强度。

钛合金薄壁T形接头激光焊接力学性能研究

开展了厚度为1.5mm立筋与厚度为2mm底板的TC4钛合金T形接头的激光焊接工艺试验,对接头的力学性能进行了测试,观察了接头的组织形貌。结果显示:带立筋接头的抗拉强度、屈服强度及伸长率均与母材相当,而去除立筋后的正常区的抗拉强度与屈服强度最高,起弧区的抗拉强度与屈服强度最低,但去除立筋后收弧区的断后伸长率最高、起弧区最低,接头的剪切性能比母材提高了3.4%,持久测试试样没有发生断裂。接头焊缝区组织由大的柱状晶组成,主要由α相、α’相与β相组成,随着距焊缝中心距离的增加,接头组织晶粒尺寸降低,且α’相的尺寸也降低。

Q345E钢激光-电弧复合焊T形接头疲劳性能

为探究激光-电弧复合焊接技术在转向架结构中应用的可能性,以20 mm厚的Q345E钢T形接头为研究对象,开展了激光-电弧复合焊接试验,并采用单点法和升降法进行疲劳性能测试.结果表明,当指定循环次数为5×10^(6)时,复合焊接头的中值疲劳强度为148.3 MPa,循环2×10^(6)时的条件疲劳强度为181.5 MPa,比相应的电弧焊接头提高39.6%,且焊接组织更细小,提高了裂纹萌生过程中所需的疲劳循环次数.疲劳裂纹形貌特征表明,T形接头的疲劳裂纹起源于封底焊缝焊趾处,瞬断区为韧性断裂模式,复合焊接头疲劳性能提高的原因在于其封底焊缝焊趾处具有较小的应力集中系数,且焊缝微观组织由更为细小的晶内铁素体组成,能够有效避免疲劳裂纹过早萌生,并阻碍疲劳裂纹扩展.

水利水电工程T形接头焊缝未焊透相控阵检测研究

水利水电工程钢闸门T形接头焊缝未焊透宽度准确测量是无损检测技术的一项重要内容,目前采用的超声波检测技术对人员的技能水平要求高,检测结果可能会出现偏差。通过数字成像新技术相控阵检测研究,制订准确、快速、先进、可靠的检测工艺,为T形接头焊缝未焊透宽度相控阵检测精确测量应用提供新的方案。

T形接头焊缝对结构疲劳性能的影响

文中通过对比试验,选用4 mm和12 mm这2种厚度的5083P-O板材,以及直径1.2 mm的ER5356实心焊丝,采用MIG焊接工艺制备薄板单边角焊缝、薄板双边角焊缝和中板单边角焊缝、中板双边角焊缝4种形式的焊接接头,并制取沿肋板方向加载和底板加载2种方式的疲劳试样进行疲劳性能测试,测试T形接头结构107周次时的疲劳极限,揭示不同结构形式和加载方式对5083P-O铝合金板材T形接头承载焊缝在结构疲劳性能评价中的风险估值。

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析。对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的。对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关。在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的。

分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响

在利用单元死活技术以及椭球形移动热源模型分析T形接头焊接温度场的基础上,利用数值模拟的方法研究了分段焊的焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响。结果表明,分段焊不仅可以增加焊缝整体的残余低应力的区域,而且采用先焊两端后焊中间的方法可以有效地降低先焊区域的焊接残余拉应力。对于先焊焊段上的某点来说,到中间焊段两端的距离越小,焊接残余应力的降低效果越明显;中间焊段的收弧区降低先焊焊段残余拉应力的效果要优于起弧区。

焊接顺序对T形接头残余应力和变形的影响

采用有限元热弹塑性分析方法对T形接头不同焊接顺序的残余应力和变形进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,分析了材料物性参数随温度的变化和对流、辐射散热的影响.运用单元生死技术模拟T形接头多道焊接过程,获得了不同焊接顺序T形接头焊接温度场和残余应力、变形场,并对计算结果进行了分析.结果表明,焊接顺序对T形接头的残余应力和变形有较大的影响,采用先焊一侧,然后焊另一侧的方案所得到的残余应力和角变形最小.

T形接头三丝高速焊接温度场的分析

根据焊接过程中的电弧形貌和热源的叠加原理推导出了三丝焊接的高斯热源计算公式,建立了合适的有限元数学模型,在充分考虑对流、辐射、熔池蒸发、液体流动以及相变潜热等边界条件的情况下,对T形接头的三丝高速焊接过程中温度场的瞬态变化进行了计算和分析.最后提取计算结果与试验结果进行对照.结果表明,计算所得的焊缝截面形状与实际试验相吻合,接头焊接热循环与焊缝组织基本一致,从而验证了所建模型的可靠性.

5A90铝锂合金T形接头激光填丝焊接头组织性能分析

对2.5 mm厚5A90铝锂合金T形接头激光焊和激光填丝焊接头组织与性能进行了研究.结果表明,与不填丝相比,焊接过程中填充焊丝有效减少角焊缝咬边、下塌等缺陷,明显改善焊缝表面成形,同时增大了接头熔化区面积,提高了激光的吸收率;填丝还使得T形接头两侧角焊缝组织大小趋于相同,但组织相对粗大;接头抗拉强度接近提高20%,拉伸断口呈韧性断裂.

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.

拘束焊T形接头的拘束长度与面外拘束力

合理采用拘束焊与反变形工艺措施 ,能有效地消除焊接残余变形。但是由于焊接结构应力场的复杂性 ,使得精确计算拘束力、拘束长度和反变形量值很困难。研究表明 ,T形接头的角变形沿焊缝长度方向是变化的。在短焊缝情况下 ,可以近似认为角变形为常数。拘束焊时 ,焊缝与近缝区材料处于塑性状态 ,而距焊缝较远处的材料仍处于弹性状态。作者应用弹塑性弯曲梁理论提出了一种消除焊接T形接头角变形的面外拘束力计算模型 ,计算了临界拘束长度、极限拘束力与反变形的量值 ,并通过试验验证了计算方法的有效性。

翼板厚度差异对T形接头焊接变形的影响研究

T形接头焊接结构形式广泛应用于船舶建造和修造的各个工序中,针对翼板厚度差异引起的T形接头焊接温度场、横向收缩量、纵向收缩量以及角变形的研究规律问题,利用SYSWELD有限元分析软件,对其焊接过程进行数值模拟仿真,研究得到随着翼板厚度的增加,焊接过程中翼板上下表面的峰值温度差值逐渐增大,焊接完成后翼板的横向收缩量、纵向收缩量以及角变形逐渐减小,这与实际生产规律相符,为造船及修船过程中由于翼板厚度差异引起的T形接头焊接变形的预测,以及精度控制提供了前提条件.

基于组合热源模型焊剂片约束电弧焊T形接头温度场及应力场计算与试验研究

本工作通过将高斯面热源与柱型体热源耦合的方式构建了一种组合热源,并使用有限元技术对焊剂片约束电弧焊高强钢Ⅰ型三明治板T形接头焊接温度场及应力、变形场分布进行了计算,同时采用红外热成像跟踪和轮廓扫描技术获得了焊接过程温度与变形场的试验数据。通过对比计算结果与试验结果,发现二者所得焊缝形貌、焊接热循环分布与演化、焊后残余应力及残余变形分布吻合良好,从而验证了使用该组合热源模型对焊剂片约束电弧焊温度场及应力场有限元分析的有效性和可行性。同时发现,焊接过程中所产生的残余应力集中于焊缝及其附近区域,在数值上小于材料的屈服应力。并且焊接导致的变形较小,最大变形出现在面板边缘位置,说明使用焊剂片约束电弧焊对高强钢T形接头焊接时可有效控制残余变形,为大板焊接提供参考。

双光束激光焊钛合金T形接头的组织特征与力学性能

利用双侧激光同步焊接的方法获得TC4合金T形接头,对接头进行光学显微组织观察以及拉伸性能测试,分析了接头的显微组织与力学性能。结果表明,T形接头母材显微组织为α+β等轴组织。焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体组成,蒙皮侧焊缝区柱状晶和马氏体晶粒比加强筋侧细小。热影响区显微组织由细小的针状马氏体、针状α相和少量等轴初生α相组成,蒙皮侧热影响区比加强筋侧窄。T形接头焊缝区拉伸强度大于母材,接头拉伸断裂均发生在离焊缝中心较远的母材上。

静轴肩搅拌摩擦焊2A14-T4铝合金T形接头的组织和性能

采用静轴肩搅拌摩擦焊技术实现了8.5 mm厚2A14-T4铝合金T形接头的焊接,研究了接头的宏观成型、显微组织及力学性能。结果表明:焊缝表面呈现光滑无弧纹特征,焊缝外部和内部未发现焊接缺陷;SSFSW T形接头截面焊接区域形貌整体呈现两头宽、中间窄的“开口哑铃”状,焊核区晶粒表现为取向随机的等轴晶,焊核区平均晶粒尺寸表现为第二次焊核区最大,焊接重合区次之,第一次焊核区最小。焊核区再结晶机制以几何动态再结晶为主并伴随有部分连续动态再结晶;热机影响区较窄且晶粒被拉长变形,热影响区组织晶粒长大粗化;焊接过程中第二相粒子的析出粗化造成焊核区硬度降低,硬度最低点出现在第一道焊缝热影响区与热机影响区的交界处;接头的硬度较低区域和结构尺寸引起的应力集中导致T形接头底板与筋板容易萌生裂纹、发生断裂;断口中存在较多的撕裂棱以及大小不一的韧窝,在韧窝中存在尺寸不均匀的第二相颗粒,断口呈现韧性断裂特征。