工艺参数对平板对接焊温度场及残余应力的影响

焊接变形和残余应力对集装箱船的建造质量有着重要影响，通过优化焊接工艺可以有效提高其结构的焊接质量。为选择合理的焊接工艺参数，文章基于ANSYS软件，建立了船舶平板对接焊的有限元分析模型，采用高斯热源模型，对接头的温度场及应力变形进行了数值模拟，并将焊接电流、焊接速度和板厚对平板对接焊残余应力场及变形的影响规律进行了分析和总结，对实际生产中集装箱船结构焊接质量的控制具有一定的参考价值。     

船用5083铝合金激光-MIG复合焊焊接工艺研究

激光-MIG复合焊接技术在船用铝合金的焊接中具有热输入量集中、焊接效率高和焊后工件变形小等优势,有重要的工程应用价值。针对5 mm的船用5083铝合金,采用激光-MIG复合焊方法进行了焊接试验,研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。结果表明激光功率、焊接速度和光丝间距对焊缝成形有重要的影响。     

船用大尺度薄板焊接工艺仿真及变形机理研究

针对船用大尺度薄板焊接冷却后存在残余应力导致焊后变形的问题,采用有限元模拟的方式,利用双椭圆热源模型对不同尺寸的薄板进行研究.研究了焊接工艺对薄板变形的影响规律,探讨不同焊接速度下的变形机理.结果表明:不同薄板尺寸的边缘位置变形较大,中间位置有更多的时间释放残余应力,变形程度主要受温度梯度影响,焊接速度越小变形越明显.     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

为了掌握铝合金加筋板角接焊过程的温度响应和结构响应,基于顺序耦合法开展了 5083铝合金加筋板角接焊的数值模拟,其中采用了双椭球热源模拟M1G焊的热输入,并通过生死单元法模拟焊料填充,较精确地模拟了铝合金MIG焊的焊接过程.数值结果较好地反映了铝合金角接焊时结构的温度变化特征,残余应力计算结果表明:焊缝处的最大焊接残余应力与材料屈服限相当;不同约束方式下的焊接残余应力分量的峰值差异很小,沿焊缝中心和板中线的残余应力分布也基本一致.     

超声冲击处理对高强钢焊接接头残余应力影响的数值模拟

超声冲击处理(UIT)是一种有效的焊后改善焊接接头疲劳性能的工艺措施,其借助机械撞击和超声振动的共同作用,使焊趾表面产生塑性变形从而引入有益的压缩残余应力。为评价UIT技术对焊接接头残余应力的影响,该文提出了一套新的数值分析方法,包括焊接数值模拟及随后的超声冲击处理过程的动态弹塑性有限元分析。在有限元模型中考虑了实际的工艺参数和超声促成的材料软化效应。以船用高强钢AH36非承载十字焊接接头为研究对象,将预测的超声冲击处理前后的残余应力分布与实验结果进行对比,两者有较好的吻合。在此基础上,探讨了静态预载荷对超声冲击处理态残余应力再分布的影响。     

基于强化散热的焊后冷源宽度对焊接残余应力的影响

鉴于冷源长度方向尺寸对焊趾位置残余应力峰值的影响不大，本文着重分析冷源宽度方向尺寸对焊后残余应力的影响。本文利用干冰作为焊后冷源介质跟随焊枪同步运动，基于热弹塑性有限元方法，对AH36高强钢薄板随焊激冷的焊接方法进行了模拟。分析了冷源相对于焊缝的宽窄关系对随焊激冷控制残余应力的影响，从而可以对干冰的喷嘴形状设计进行指导，以优化焊后冷源控制应力应变的效果，推进“低应力无变形”焊接技术在船舶领域的发展与应用。结果表明，在焊后施加冷源可以达到降低低应力无变形的效果。其中，在所施加焊后冷源宽度较焊缝宽的情况下，较其他两种宽度冷源控制应力与变形的效果更佳，板中心纵向残余应力可由常规焊的484Mpa减少到375Mpa，减少了109Mpa。     

热处理对800 MPa级钛合金对接焊平板残余应力影响的数值模拟

钛合金具有高强耐蚀、易焊等优质性能,广泛用于潜艇、深潜器等潜水器的受力构件及耐压耐蚀壳体。在焊接过程中,会不可避免的产生焊接残余应力,较大的焊接残余应力会影响焊接结构的安全性能,而焊后热处理能够有效减少焊接残余应力。本文首先采用数值模拟的方法对TC4对接焊平板热处理前后的残余应力进行计算,通过与试验结果进行对比研究,验证有限元数值模拟的合理性;然后采用该数值模拟方法研究Ti80对接焊平板多层多道焊的整个焊接过程以及焊后热处理方法。结果表明,焊后Ti80对接焊平板表面具有较大横向和纵向残余拉应力,通过热处理工艺后,残余拉应力得到明显降低。因此,通过焊后热处理方法可以在很大程度上降低对焊接结构力学性能可能产生的不利影响的残余拉应力。     

热处理对800 MPa级钛合金对接焊平板残余应力影响的数值模拟

钛合金具有高强耐蚀、易焊等优质性能,广泛用于潜艇、深潜器等潜水器的受力构件及耐压耐蚀壳体。在焊接过程中,会不可避免的产生焊接残余应力,较大的焊接残余应力会影响焊接结构的安全性能,而焊后热处理能够有效减少焊接残余应力。本文首先采用数值模拟的方法对TC4对接焊平板热处理前后的残余应力进行计算,通过与试验结果进行对比研究,验证有限元数值模拟的合理性;然后采用该数值模拟方法研究Ti80对接焊平板多层多道焊的整个焊接过程以及焊后热处理方法。结果表明,焊后Ti80对接焊平板表面具有较大横向和纵向残余拉应力,通过热处理工艺后,残余拉应力得到明显降低。因此,通过焊后热处理方法可以在很大程度上降低对焊接结构力学性能可能产生的不利影响的残余拉应力。     

超声冲击处理对5083铝合金焊接接头残余应力的影响

为了分析5083铝合金焊接接头残余应力分布和减少铝合金焊接接头残余拉应力,采用超声冲击处理技术对焊接接头进行处理,使用X射线衍射仪测试焊接接头冲击前后表面的残余应力.结果表明:纵向残余应力在焊缝起点和终点附近趋于零应力状态,中间稳定区为较大的拉应力;在近焊缝中心两侧为较大的拉应力,远离焊缝的两端为较小的压应力.经过超声冲击处理后的焊接接头,冲击区域的残余应力由较大的拉应力转变为压应力,随着冲击强度的增加,冲击区域表面的压应力也逐渐增大,当冲击强度大于2.0 s/cm~2后,冲击产生的压应力值最终在220 MPa处波动;只冲击焊趾也可以降低焊趾和焊缝的残余应力,但与全覆盖冲击相比,焊缝的残余应力下降程度较小;随着抛光深度的增加,超声冲击引入的压应力逐渐减小,在抛光深度达到2 mm后,冲击后的焊缝残余应力和未冲击处理的残余应力保持一致.     

AH36船用高强钢焊接残余应力释放的数值模拟与试验分析

为了解焊接残余应力及其释放规律,基于顺序耦合热力学有限元方法对ABAQUS软件进行二次开发,模拟平板对接焊的焊接过程,计算焊接残余应力分布及其在0.8σ_s循环拉伸载荷作用下的释放情况,同时开展相应的试验研究,验证有限元计算方法的有效性。讨论循环载荷大小对残余应力释放的影响,计算3种不同水平载荷下焊接残余应力释放情况,得出AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,通过对比有限元计算结果与试验结果,表明残余应力释放公式具有较好的计算精度,可以用于估算不同载荷作用后焊接残余应力的释放。     

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

为了研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能，对此进行了试验研究。首先建立舱段结构的有限元模型（该目标船纵骨采用6082铝合金，其他部分采用5083铝合金材料），确定载荷工况并计算分析两种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上，设计并开展了实际板厚四点弯曲疲劳模型试验，获得了试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数，并且根据试验测得数据得到了两种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式，该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083与6082铝合金焊接结构形式（T型焊接和趾端焊接）的疲劳强度评估提供依据。     

船体分段钢结构焊接过程仿真

通过有限元与神经网络相结合的方法，模拟了船体上层建筑、舷侧分段钢结构典型部位的焊接过程，并对其温度场、位移场进行了仿真，分析了组焊工序、焊接工艺参数对上述分段钢结构焊接变形的影响。研究结果表明，采用有限元与人工神经网络相结合方法，可以快速分析、预测船舶钢结构的焊接变形，且仿真结果与实焊数值能较好吻合。并分析出影响船体分段钢结构焊接变形的主要因素是钢板拼焊后产生的残余应力，增加消除焊接应力工序，可以明显降低船体分段钢结构焊后产生的变形量。     

Modeling and analysis of thin-walled Al/steel explosion welded transition joints for shipbuilding applications

The study presents an analysis of S355J2+N steel and AA5083 aluminum alloy welded structural joints using explosion welded transition joints of reduced thickness. The transition joint thickness reduction significantly hinders the welding of the joints due to the risk of damage to the Al/steel interface as a result of the high temperatures during welding. Numerical modeling of the welding process is performed to determine safe welding parameters for the transition joint. The numerical analysis is supported by measurements of the temperature areas by a thermographic method. Welded structural joints are analyzed to determine the welding influence on the mechanical properties and microstructure of the transition joints. On this basis, a number of tests are carried out, including microhardness distribution measurements, strength tests of joints in two welding configurations and strength tests of the microspecimens of transition joints. Moreover, an experimental and numerical analysis of strain and stress distributions is carried out in combination with the use of the finite element method and digital image correlation, which allow us to identify the critical areas of the joints with regards to their strength. The results of the microstructural and strength tests carried out using macro- and microspecimens show softening of the aluminum alloy layers. However, the AA5083 and AA1050 layer softening as a result of welding did not reduce the load capacity of the transition joints, which could determine the strength of the dissimilar Al/steel welded structural joints.     

Fatigue life estimation of explosive cladded transition joints with the use of the spectral method for the case of a random sea state

The problem with fatigue lifetime estimation of explosive cladded transition joints under random loading conditions has been described. The paper presents the fatigue test results performed for the random state of tension-compression under a generated spectrum according to the Pierson-Moskowitz model. The obtained spectrum has a non-Gaussian characteristic. The tested material consists out of a transition joint clad with four layers of aluminium alloy A5083, A1050, Titanium Grade 1 and steel Grade D. The material has been tested for the existence of residual stresses after the welding process with the hole drilling method. The welding process has been also simulated with ANSYS and the residual stresses have been generated for the Goldak volumetric distribution. The obtained values of residual stresses comprise to the values of real tests performed for the hole drilling method. The information about the residual stress values have been taken into account in the process of fatigue lifetime estimation in the form of non-zero mean stresses compensation inside the clad. The fatigue life has been calculated with the use of the frequency domain method. The Goodman mean stress compensation model has been used in the process of residual stress compensation. The non-gaussianity has been compensated with the use of the Bracessi formula. The obtained fatigue life assessment results have been compared with stand test results. The calculated results are within the scatter area of 3, but individual scatter values have been calculated for calculated series.     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

焊接件由于焊接速度不同,焊接残余应力分布存在很大差异,焊接残余应力在循环载荷作用下会产生释放现象,焊接残余应力存在对于结构安全性和稳定性有很大影响,有必要开展焊接速度对于焊接残余应力及其释放影响研究。基于ABAQUS软件二次开发建立平板对接焊试件焊接残余应力以及释放有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算三种焊接速度下的焊接残余应力分布,并开展三种焊接速度下初始焊接残余应力在三种拉伸循环载荷作用下的释放情况研究。     

钛合金焊接残余应力值随时间重分布的数值分析

钛合金在室温、高应力条件下的存在明显蠕变现象,焊接钛合金板和壳体内含有较高的焊接残余应力.因此,在焊接残余应力的作用下,钛合金材料会发生蠕变,使结构内固有应变发生变化,从而导致残余应力重分布.本文忽略焊接工艺对材料蠕变特性的影响,采用数值计算方法对TC4钛合金薄板和薄壁球壳的焊接残余应力重分布现象进行了分析.     

Effect of welding sequence on residual stress and distortion in flat-bar stiffened plates

Numerical simulation based on finite element modelling is used to study the influence of welding sequences on the distribution of residual stress and distortion generated when welding a flat-bar stiffener to a steel plate. The simulation consists of sequentially coupled thermal and structural analyses using an element birth and death technique to model the addition of weld metal to the workpiece. The temperature field during welding and the welding-induced residual stress and distortion fields are predicted and results are compared with experimental measurements and analytical predictions. The effect of four welding sequences on the magnitude of residual stress and distortion in both the plate and the stiffener is investigated and their effects on the ultimate strength of the stiffened plate under uniaxial compression are discussed. Appropriate conclusions and recommendations regarding the welding sequence are presented.     

LNG/LPG船耐低温材料的焊接发展综述

液化天然气和液化石油气需要在低温条件下储存和运输,因此液舱(液罐)材料的耐低温性能和焊接性是保证结构安全的关键。文中以殷瓦钢、5083铝合金和304不锈钢为例,介绍了LNG船与LPG船使用的耐低温材料的种类和物理性能,在此基础上分析了这三种材料的焊接性,总结了殷瓦钢、5083铝合金和304不锈钢的焊接研究进展及发展趋势。     

焊接转子热处理过程中残余应力释放行为数值研究

基于ABAQUS有限元分析软件,编写DFLUX、FILM和UEXPAN子程序,建立焊接转子模拟件(M-1)和全尺寸焊接转子(M-2)轴对称有限元模型,实现了采用双椭球移动热源模型和考虑固态相变的转子焊接仿真过程。纳入Norton-Bailey蠕变本构方程研究了热处理过程中残余应力在不同热处理参数下的应力松弛行为。结果表明：焊接转子模拟件能够较为准确地反映全尺寸焊接转子焊接残余应力分布状态；考虑固态相变的焊接仿真结果更接近于实验测量值；热处理参数对残余应力释放行为影响不尽相同,其中热处理温度是决定热处理效果的关键因素。