焊接热输入对残余应力影响的盲孔法测试与数值分析

为了分析T型构件多道焊焊接残余应力与焊接热输入间的关系,运用有限元分析软件ANSYS对该焊接工艺进行数值模拟;运用盲孔法检测焊接残余应力,并与数值模拟结果进行对比;基于原有的焊接工艺,对3组焊接热输入值下T型构件多道焊进行数值模拟,分析了焊接热输入值对焊接残余应力的影响规律。研究结果表明:数值模拟结果与实测结果相近;焊接热输入增大,纵向焊接残余应力会增大,横向残余应力会减小。     

对流换热系数对厚板焊接残余应力应变研究

主要考察了对流换热系数对厚板对接焊残余应力应变的影响,从而对现有的重要焊接构件(如桥梁大型锚拉板)的冷却方式给出参考,利用ABAQUS软件对焊接构件进行有限元模拟计算,通过改变对流换热系数数值大小来模拟冷却速度对厚板焊接残余应力应变的影响。研究表明:焊接区在不同冷却速度下计算结果没有数量级的差异,并且发现对流换热系数与构件焊后残余应力应变的影响也并非为单调线性的关系,在某一适中的对流换热系数条件下,厚板焊接的残余应力应变可以达到最小。     

厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明：构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.     

重载牵引电机机座焊接应力的控制及消除

焊接残余应力在焊接构件中普遍存在,直接引起结构件焊接变形。对于焊接构件一重载机座来说,焊接残余应力及其引起的焊接变形甚至影响到电机的工作性能。只有制定合理的焊接工艺及焊后处理等手段进行控制和消除,才能保证使用要求。     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

基于Simufact的焊接应力的对比分析

焊接部位要经历不均匀的加热和冷却历程,最终在焊接结构中产生应力,焊接应力会导致焊接接头产生冷、热裂纹等缺陷,焊接结构破坏事故许多是由焊接应力和变形所引起。因此,为了提高焊接结构的质量和使用性能,简化焊条电弧焊焊接的实验过程,本文运用Simufact-Welding软件对Q345钢的T形接头进行平焊仿真,对比分析了焊件不完全约束和完全约束两种方法下在焊接过程中和冷却过程中熔合线处的应力。结果表明：该仿真过程中,其它参数相同的情况下,不同的焊件装夹方法得到不同结果的焊接应力,焊接过程中,两种方法下大部分熔合线处的等效应力的最大值大于Q345的屈服强度,焊件不完全约束方法下大部分熔合线处的残余应力大于Q345的屈服强度,焊件完全约束方法下大部分熔合线处的残余应力小于Q345的屈服强度。     

顶板-U肋焊缝焊接残余应力的分布特征分析

为研究顶板-U肋焊缝焊接残余应力的分布特征,利用ABAQUS有限元软件建立顶板-U肋足尺模型,采用生死单元法和热力耦合分析法对焊接过程进行模拟,明晰结构整体残余应力分布。研究结果表明：在增大焊接有效功率后可增大焊缝熔池面积,但功率过大会导致焊根烧穿,为获得合理有效的功率应将电流控制在300 A、电压控制在30 V左右;顶板-U肋纵向残余应力在焊缝及近焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力并趋近于0。横向残余应力在焊根、焊趾处数值最大,相应部位存在疲劳开裂风险,近焊缝区域焊根应力大于焊趾应力,远焊缝区域焊趾应力大于焊根应力。基于分析结果,总结顶板-U肋焊缝各部位残余应力分布的特征规律,研究结果可为顶板-U肋焊接参数的优化设计与残余应力调控提供参考。     

在役钢桥面板纵肋与顶板焊根疲劳裂纹内焊加固方法

为实现纵肋与顶板焊根疲劳裂纹的有效加固,提出了能够满足在役钢桥面板加固需求的内焊加固方法,研发了自动化焊接机器人和相关关键装备;设计了4个试验模型对方法和装备的有效性和适用性进行研究,验证了纵肋与顶板焊根产生疲劳裂纹的开裂模式;使用所研发的专用焊接设备在纵肋内部进行焊接加固,进行了加固结构的疲劳破坏试验;对比了试验结果与有限元模拟结果,分析了加固后结构的疲劳性能,验证了内焊加固方法的有效性。研究结果表明：内焊加固方法能够将既有的焊根裂纹转化为内部缺陷,研发的装备能够实现原位加固,有效抑制疲劳裂纹的扩展,使已开裂焊接细节的疲劳寿命提高了66%～157%;由于各开裂模式具有不同程度疲劳损伤累积,加固后焊接细节会发生主导开裂模式迁移;对于包含多开裂模式的焊接细节,加固后的剩余疲劳寿命与各开裂模式的实际疲劳损伤累积程度以及加固方法对各开裂模式受力特性的扰动程度两方面的因素密切相关。     

不锈钢激光焊分析试验对比研究

基于梁单元、壳单元建立激光焊拉剪试样有限元模型,对激光焊中心对中和偏移的焊接方式进行模拟分析,运用ANSYS有限元软件做线弹性分析,加载位移边界载荷,输出激光焊缝剪切力,与试验样件做对比分析,结果表明不同载荷下的激光焊强度预测结果与试验有良好的一致性,验证了模拟方法的可靠性.以有限元和试验对比分析的结果为基础,建立了完整的轨道车辆整车激光焊强度评估方法,并在某出口地铁上成功应用.     

铝合金货车侧墙多道焊变形预测

基于热弹塑性有限元法,对铝合金货车侧墙多道焊焊接变形进行仿真预测,仿真中充分考虑了材料热物理属性的影响．基于实体一壳单元混合模型,建立了侧墙有限元网格模型,应用3D高斯双椭球热源模型实现了焊接过程温度场分析．从工程实际出发设计了四种焊接顺序,通过对四种焊序下仿真结果的对比分析,讨论了不同焊接顺序对铝合金货车侧墙焊接成形的影响,为研究大型铝合金薄板焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据．     

锚拉板区域焊缝消除应力后性能试验分析

基于重庆江津观音岩长江大桥的斜拉索和主梁的锚固采用拉板式的锚固方式,大部分板件为厚钢板,锚拉板各板件之间各焊缝进行了焊接应力消除工艺,对消除应力后的焊缝进行了各项试验检测。应用数理统计分析理论及SPSS分析软件,判断焊缝的试验检测结果是否符合正态分布规律;采用概率的置信区判断焊缝是否达到相关的力学性能要求,确保斜拉桥主梁与锚拉板焊缝连接的安全和传力的可靠。     

观音岩大桥锚拉板区域焊接应力试验

针对钢结构斜拉桥索梁锚固区域焊接应力较为集中的特点,以重庆江津观音岩大桥索梁锚固区域为研究对象,制作了三个足尺比例的试件,对锚拉板区域相关焊缝的残余应力进行试验研究。结果表明,锚拉板区域各条主要焊缝都不同程度地存在着焊接残余应力,局部地方接近屈服强度。研究分析了锚拉板区域各类焊缝的残余应力特征、分布规律、产生原因及影响因素,并提出相关的意见和建议,为同类桥梁索梁锚固区域的设计和制作提供科学的依据。     

斜拉桥锚箱式索梁锚固区应力及传力途径分析

为给出索力在主要焊缝间分配的定量描述及主要板件的受力特点和产生应力集中的原因，用有限单元法对锚箱式索梁锚固区应力进行了计算分析．研究表明：锚垫板传递总索力的约20％，其主要作用不是承担索力，而是将索力传给2块锚箱腹板；2块锚箱腹板与箱梁腹板的焊缝传递总索力的约80％，且2条焊缝传递的索力相近，剪应力沿焊缝长度方向呈“马鞍形”分布；各主要板件在面内、面外集中力及弯矩作用下有应力集中现象．     

履带板加热器消除焊接残余应力的试验研究

测试了履带板加热过程中温度沿钢板厚度方向的分布，并用小孔释放法测试了补焊试板在焊态、经履带板加热以及炉内加热后残余应力的分布．结果表明，履带板加热时所需加热时间较长，但温度沿试板厚度方向梯度小，截面温度分布均匀；履带板加热器消除焊接残余应力效果与炉内加热相当．     

激光参数对高强度不锈钢搭接焊接结构和断裂行为的影响

通过焊接和拉伸试验及微观组织分析,研究了焊接参数对高强度301L-HT板搭接非熔透激光焊接接头结构、断裂行为和力学性能的影响.结果表明：激光焊缝的硬度为HV215,δ铁素体比电阻点焊少,热影响区硬度更接近于母材;焊缝几何结构对激光参数敏感,熔深变化的规律性更明显,特定部位的熔宽与焊接参数耦合有关;板材厚度相同的焊接接头变形刚度接近,焊缝的几何结构决定最后的变形和断裂行为,焊接内板的弯曲变形角度比外板大,两板的弯曲角度差随熔深增加而减小;焊接板弯曲角度和焊接强度随焊缝尺寸同步升高;焊缝硬度低于母材和热影响区导致拉伸变形集中在很窄的区域,焊接接头的断裂位移都小于2mm.     

不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。     

High Efficiency and Quality of Multi-Pass Tandem Gas Metal Arc Welding for Thick Al 5083 Alloy Plates

Multi-pass tandem gas metal arc welding(TGMAW) for Al 5083 alloy plates with 30 mm thickness is carried out to study its high efficiency and high quality. The welding process is evaluated by high-speed photographs and electrical signals. The deposition rate and welding time are calculated to characterize the welding efficiency. The bead formation, porosity, microstructure and mechanical properties are tested and analyzed. The results indicate that though arc deflection occurs due to the electromagnetic interference between two arcs during TGMAW process, it does not affect the welding process stability significantly. The deposition rate and welding time of TGMAW process are about 15 g/min larger and about 16.7% less than those of gas metal arc welding(GMAW)process respectively, accompanied by the reduction of heat input. The TGMAW welded joint has less porosity and more refined microstructure to contribute to the improvement of mechanical properties(micro-hardness, tensile strength and ductility). It can be concluded that TGMAW process yields excellent performance of welded joint with improved welding efficiency, which makes it extremely practical during welding of thick plates.     

结构动力屈曲的研究进展

系统地回顾了结构动力屈曲的研究进展,着重阐述了板及加筋板结构在周期载荷、冲击载荷以及随动力作用下的动力屈曲问题.对常用的动力屈曲准则作了介绍.针对目前对复合材料结构冲击屈曲研究较少的情况,提出应开展该领域的深入研究,并指出研究面内动力载荷下板结构的动力极限强度具有重大意义.