基于下压位移模型的搅拌摩擦焊残余状态仿真

基于ABAQUS软件建立AL6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程的顺序热力耦合模型,发展了一个下压位移模型以实现搅拌头的下压量控制方式,对焊后构件的残余应力和残余变形进行了仿真分析.结果显示:所发展模型能够合理地反映焊缝区焊后形貌,再现残余应力及变形分布的基本规律;随着下压量的增加,残余应力增大而残余变形减小.     

6061-T6铝合金构件焊接残余应力分布

针对国产TIG焊接成型的6061-T6铝合金箱形构件的残余应力分布,采用ABAQUS有限元软件,研究其残余应力的分布规律.选用温度-位移耦合C3D8T单元,建立残余应力分析的有限元模型,获得6061-T6铝合金TIG焊接成型的箱形构件的残余应力值,经盲孔法实测验证有限元方法的可靠性.有限元模拟结果表明,TIG焊接成型的6061-T6铝合金方形构件的残余应力总体呈U型分布,应力峰值位于构件角部,谷值位于板件中部;残余应力影响范围及峰值与板厚有关.     

搅拌摩擦焊工艺探索与研究

对铝合金薄板的对接、角接及圆筒纵缝进行了搅拌摩擦焊工艺实验.实验结果表明:搅拌焊头的结构形状、旋转速度及焊接速度是决定搅拌摩擦焊焊缝成型及接头组织、性能的重要因素.     

钢构件对接焊焊缝横向残余应力分布研究

采用ANSYS通用有限元分析软件对钢板对接焊进行模拟分析,通过对不同厚度钢板的对接焊缝横向残余应力分布的研究,得出了横向焊接残余应力分布与板厚关系的一些简便的数学公式,以便设计人员在进行焊缝设计时进行残余应力的估算.     

搅拌摩擦焊工艺探索与研究

对铝合金薄板的对接、角接及圆筒纵缝进行了搅拌摩擦焊工艺实验。实验结果表明：搅拌焊头的结构形状、旋转速度及焊接速度是决定搅拌摩擦焊焊缝成型及接头组织、性能的重要因素。     

钢构件对接焊焊缝横向残余应力分布研究

采用ANSYS通用有限元分析软件对俐板对接焊进行模拟分析，通过对不同厚度钢板的对接焊缝横向残余应力分布的研究，得出了横向焊接残余应力分布与板厚关系的一些简便的数学公式，以便设计人员在进行焊缝设计时进行残余应力的估算。     

6082-T6铝合金双面搅拌摩擦焊焊接接头组织及性能

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝的组织和力学性能进行研究,采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为30 mm的6082-T6铝合金进行双面对接焊,焊后沿板厚方向每隔4 mm切割试样,切割为7层,研究由焊缝表层至底部性能的变化.结果表明,焊缝整体的抗拉强度为199. 34 MPa,为母材的64. 3%,伸长率为7. 8%;第1层到第7层抗拉强度依次为203. 13、194. 20、182. 73、169. 40、179. 15、191. 58、202. 07 MPa;正面焊缝焊核区纵向0~15 mm的显微硬度分布为下降趋势,与之相同反面焊缝焊核区纵向0~15 mm的显微硬度分布也呈现下降趋势.上部轴肩产生的摩擦热自上到下不断降低,是造成中下部工件性能下降的主要原因.     

6005 A铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能

为了研究高速列车车体用T6时效6005A铝合金型材的搅拌摩擦焊接头耐工业性环境及海洋性气候腐蚀的性能.通过人造气氛腐蚀试验盐雾试验方法(GB/T10125-2012)、金属和合金的腐蚀电化学试验方法恒电位和动电位极化测量导则(GB/T24196-2009),对6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头的耐盐雾腐蚀性能及耐电化学点蚀性能进行了研究.盐雾试验搅拌摩擦焊接头腐蚀率低于母材,说明接头耐盐雾腐蚀性能更好;腐蚀后形貌保持最好的是热机影响区,其次是焊核.电化学试验搅拌摩擦焊热机影响区极化曲线在最左上方,腐蚀电流密度为3.005μA/cm2,腐蚀电位为-682.953 mV,说明耐酸性点蚀性能最好,其次是焊核,热影响区电化学参数较差,母材最差.研究结果表明:6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头整体耐腐蚀性能优于母材,尤其是热机影响区耐蚀性能很好,但热影响区耐蚀性能差.     

中国南车成功试制整车铝合金搅拌摩擦焊地铁车辆

由中国南车浦镇公司试制的首辆铝合金搅拌摩擦焊（FSW）样车车体试制成功。这是国内第～辆各大部件均采用FSW铝合金搅拌摩擦焊技术制造的铝合金车体,为FSW技术在国内轨道交通行业的应用成功打下了坚实的基础。     

X射线衍射法测试高速列车车体铝合金残余应力

为了准确、无损、快速地检测高速列车铝合金的表面残余应力,采用等强杆拉伸试验方法,用X射线衍射法对测试结果进行标定,并用X射线衍射法、盲孔法以及有限元法对测得的车体铝合金焊接接头残余应力进行了对比.结果表明:等强杆拉伸试验标定过程中,在10～70 MPa范围内,随着拉伸载荷的增加,X射线法测得的应力与载荷应力具有一致性,可采用X射线衍射法对车体关键部位应力状态进行测试分析,X射线衍射法残余应力的数值略大于理论计算值和电测法计算值;车顶铝合金焊接接头最大残余应力可达146.3 MPa;X射线衍射法与等强杆标定方法、盲孔法、有限元计算模拟方法的残余应力结果保持了较好的一致性.     

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。     

高强钢对接接头焊趾应力集中系数有限元分析

基于热弹-塑性理论,建立了RQT701高强钢对接接头焊接残余应力有限元分析模型,在此基础上计算了其焊接残余应力,并与实测值进行了比较。同时讨论了焊缝几何参数对对接接头焊趾处应力集中系数(SCF)的影响。研究结果表明:RQT701高强钢对接接头中残余应力对应力集中系数的影响较大,尤其是在低应力情况下受应力水平变动影响较大;减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,显著改善接头焊趾处的应力集中;随着板厚的增加应力集中系数随之增大。     

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300A、电压控制在30V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。     

焊接残余应力对动车组铝合金车体疲劳强度的影响

采用热-弹塑性法和固有应变法计算了动车组铝合金车体对接接头的残余应力, 并进行了对比, 以验证采用固有应变法计算残余应力的合理性; 建立了车体的板壳有限元模型, 参照标准《铁路应用—铁路车辆车体的结构要求》 (EN 12663), 确定车体服役状态的疲劳载荷工况, 采用惯性释放法计算了车体有无残余应力的疲劳强度; 根据最大主应力原则, 将车体多轴应力转化为单轴应力, 得到焊缝和母材关注点的平均应力和应力幅值; 结合铝合金车体材料性能参数绘制了Goodman疲劳曲线, 计算了每个关注点的可靠性安全系数, 分析了残余应力对车体疲劳强度的影响。分析结果表明: 焊接残余应力对母材关注点影响不大, 其可靠性安全系数降幅小于5%;焊缝关注点的平均应力增加量可达25 MPa, 其可靠性安全系数降幅超过50%, 最大为54%, 使得车体容易疲劳失效; 残余应力对焊缝关注点最大主应力的方向有明显的改变。      

LY12铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

对LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,并对焊接接头进行了金相观察和力学性能检测.试验结果表明,合理的焊接参数匹配是取得性能优良焊接接头的前提.当旋转速度为905 r/min、焊接速度为33.6 mm/min、肩部压力为48 MPa时施焊,可获得成型良好无缺陷焊接接头,且焊缝区晶粒细小.搅拌摩擦焊焊接轧态LY12铝合金时,焊接时的热输入可部分消除接头处金属的冷作硬化.随着焊接速度的提高,焊接热输入量降低,消除冷作硬化的能力减弱,焊接接头抗拉强度提高.     

LY12铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

对LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,并对焊接接头进行了金相观察和力学性能检测.试验结果表明,合理的焊接参数匹配是取得性能优良焊接接头的前提.当旋转速度为905 r/m in、焊接速度为33.6 mm/m in、肩部压力为48MPa时施焊,可获得成型良好无缺陷焊接接头,且焊缝区晶粒细小.搅拌摩擦焊焊接轧态LY12铝合金时,焊接时的热输入可部分消除接头处金属的冷作硬化.随着焊接速度的提高,焊接热输入量降低,消除冷作硬化的能力减弱,焊接接头抗拉强度提高.     

本构方程对6016铝合金板材成形极限影响分析

通过单向拉伸试验和半球形刚模胀形试验分别得到了6016铝合金板材的室温应力应变曲线和成形极限图(FLD),拟合应力应变曲线获得了Hollomon,Power和Voce本构方程.应用DYNAFORM软件进行了刚模胀形试验的有限元模拟,分析了三种本构方程对6016铝合金成形极限的影响.模拟结果和试验结果对比表明:本构方程的选择对铝合金板材成形极限有显著的影响,相比Power与Hollomon,采用Voce本构方程进行模拟能够更精确地预测铝合金板材的成形极限.     

各向异性铝合金板材本构关系及其有限元模拟

为了减轻自身重量,采用铝合金板材和冲压成形工艺制造高速列车车体已经成为现代化铁路车辆的发展方向.但是,铝合金板材的力学性能是各向异性的,其冲压成形过程复杂,变形规律不易把握.采用Barlat三参数屈服准则获得了各向异性铝合金板材的应力应变关系曲线,并通过有限元模拟和拉伸实验进行了对比验证,结果表明采用Barlat三参数屈服准则获得的各向异性铝合金板材的应力应变关系曲线可应用于各向异性铝合金板材的有限元分析,并初步对各向异性铝合金板材的冲压成形过程进行了非线性接触有限元模拟,获得了比较理想的有限元分析结果,这对改进高速列车车体加工工艺、缩短冲压模具调试周期、降低生产成本具有积极的意义.     

车辆轻量化的保证——摩擦搅拌焊技术

铝合金材料因为其重量轻巧，已经成为轨道车辆制造的热门材料。摩擦搅拌焊技术可以在不破坏铝合金接合部位强度和硬度的情况下，保证铝合金焊接的质量。[编者按]