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.     

船用薄板激光-电弧复合焊表面气孔缺陷试验分析

针对船用薄板激光-电弧复合焊接出现的表面气孔缺陷问题,采用单一变量法设计工艺试验,改变激光功率、送丝速度以及焊接速度,进行表面气孔出现的基本规律试验分析,结果表明,使用激光-电弧复合焊接船用AH36级6 mm薄板,当送丝速度与焊接速度的比值在1.5左右时,表面成型效果好,无气孔产生.     

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。     

边界约束对焊接残余应力及其释放的影响分析

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域2条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中板材不同边界约束对于焊接残余应力的影响,并与试验结果对比。计算结果表明,2条路径上的横向焊接残余应力均受边界约束影响较大,且约束越强残余应力越大;纵向焊接残余应力受边界约束影响与横向残余应力相反,约束越强残余应力越小。随着边界约束增强,加载同样循环次数,无论横向还是纵向焊接残余应力释放程度增加,第一次循环释放量占总的50次循环释放量比例逐渐增加。     

激光功率对激光-电弧复合焊接头成型的影响

采用激光-电弧复合焊(Laser-Arc Hybrid Welding,LAHW)技术对6.0 mm厚的AH36钢板进行复合焊接,分析不同激光功率对焊接接头成型的影响,并对最优参数的焊缝进行力学性能分析.焊接缺陷主要表现为:在激光功率偏小时,焊缝背部不完全熔透;在激光功率偏大时,焊缝正面出现咬边和凹陷;在激光功率为44...     

大型邮轮薄板激光复合焊接数值模拟与参数分析

近年来,邮轮建造中越来越多地使用4 mm～8 mm薄板结构以减小生产和运营成本。薄板的大量使用使得焊接变形问题更加严重,因此激光复合焊接等热输入小的焊接方式在邮轮等薄板船舶上的需求不断提高。然而,由于国内邮轮制造业和船舶激光复合焊接工艺起步晚,对激光复合焊接中的关键参数与焊缝成型等的关系研究不足。文章建立邮轮薄板激光复合焊接的热弹塑性模型,并结合试验结果对焊接速度、激光功率、光丝间距、送丝速度、基电流和峰电压等关键焊接参数对焊缝成型的影响进行探究。结果表明：激光参数和电弧参数通过影响2种热源之间的协同效应来影响焊缝形貌;送丝速度和峰电压对余高等焊缝特征尺寸的影响较大,当送丝速度过大时,会加剧气孔等缺陷的产生。     

大型邮轮薄板感应加热矫平研究

为了控制大型邮轮建造过程中的薄板结构焊接变形，开展薄板矫平研究。水火弯板作为船厂最常见的甲板矫平方式不适用于邮轮薄板矫平，因此引入了感应热矫平方式。文章首先介绍了感应热矫平的机理及矫平电源关键参数理论计算方法，并进行现场试验，验证了感应矫平的效果并提出了当前工艺的不足。然后通过试验方法，确定AH36薄钢板的材料性能，并以此为基础，通过有限元仿真方法模拟感应加热矫平过程。现场试验和仿真研究直观展现了感应加热矫平效果以及矫平过程中的磁场分布、钢板温度变化和塑性变形。同时，形成了矫平电源关键参数理论计算方法以及感应加热矫平仿真计算方法，为后续优化感应矫平工艺奠定了基础。     

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。     

齿轮激光淬火轴向无搭接扫描工艺的研究

介绍了利用宽组合镜对齿轮进行轴向分齿无搭接扫描时，入射角离焦量和扫描宽度的通用计算式，分析了在不同的初始条件下这些参数的变化规律及其对淬火性能的影响，提出了单束宽带激光相对轮齿的最佳扫描位置，描述了相应的计算程序。     

不同电磁处理模式对焊接残余应力的影响

在船舶、武器等装备的制造与修理过程中，大型钢结构部件在焊接、切割等局部性的加热、冷却时，在钢材内部会产生残余应力。不适当残余应力的存在会影响使用寿命，可能导致变形、开裂等事故，给装备运行埋下较大技术隐患。针对新兴的焊接残余应力处理技术——电磁处理法，研究旁通式、直通式、复合脉冲等不同磁处理模式对焊接残余应力产生的影响，对比分析各种处理模式产生应变的幅值，为电磁处理技术脉冲模式的研究提供了有益参考。     

单曲率船体外板电磁感应加热弯曲成型工艺规划

以18.000 mm厚的船用AH36钢板为研究对象，开展电磁感应加热弯曲成型试验并测量板材的瞬态温度，采用手持式三维扫描仪获取板材点云数据，利用后处理软件得到板材面外弯曲变形云图。基于热-弹-塑性有限元分析，模拟板材电磁感应加热弯曲成型过程，温度和面外弯曲变形计算结果与测量数据较吻合，验证建立的数值模型的准确性。基于高通量的有限元分析，建立热源移动速度与横向弯曲角度的数学关系。针对单曲率板材，提出内接折线法和外切折线法拟合板材弯曲形状，给出相应的板材加热线位置和热源移动速度等工艺参数，进行热-弹-塑性有限元分析。计算结果表明，由提出的两种方法得到的面外弯曲变形均与目标曲率板的弯曲形状相吻合，证明内接折线法和外切折线法应用于实际工程的可行性。     

船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理;同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值;最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

高频感应加工参数对船舶弯板成形的影响

采用ANSYS软件对低碳钢平板的高频感应线状加热弯板成形过程进行热弹塑性有限元分析,利用相关数值结果定性分析加热功率、热源移动速度成形热过程中板材温度场及最终面内收缩变形和角变形的影响,为船板成形自动化加工提供数据支持.     

数控切割机大型钢结构件生产工艺的改进及应用

分析板材的切割变形和横梁成形的焊接变形原因、影响因素和在制作过程中采用合理的切割工艺,选用合适的切割方式,控制切割、焊接变形的措施以及焊接残余应力的消除方法,从而获得横梁长期工作时其几何尺寸和形位公差的稳定,保证横梁的使用寿命和机械性能。     

送粉式激光熔覆温度场的三维有限元模拟

介绍了一种送粉式激光熔覆温度场的三维有限元模拟方法,建立了数学模型,并通过APDL转变成有限元模型,比较了激光功率、扫描速度、送粉速率以及光斑形状对最终稀释率的影响,证明了激光熔覆过程是一个多参数共同作用的过程,并在最后给出了最优参数组合。     

弹性模量对薄板焊接变形仿真计算的影响

使用双椭球热源模型,采用点焊技术,对薄板焊接进行有限元仿真计算,针对屈服极限—温度曲线进行了方案设计,研究了弹性模量简化对薄板焊接变形的影响规律。结果表明：弹性模量的简化对焊接总体变形影响很小,对焊缝区域的局部变形有一定影响;随弹性模量取值增大,焊接变形减小;减小弹性模量取值的计算结果偏于安全。     

CO_2舰载激光反导武器研究

文章旨在探索单脉冲能量上千焦耳,脉冲宽度亚微秒量级,峰值功率达GW水平的新一代高单脉冲能量、高峰值功率、高重复频率、纳秒脉冲CO2舰载激光武器系统的关键技术及其系统集成方法,建立100kW纳秒脉冲CO2舰载激光反导武器试验装置,开展舰载反导研究,为大型水面战斗平台提供一种舰载反导武器。     

焊接速度对铝合金薄板气孔率影响的研究

为探究铝合金熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接产生气孔缺陷的规律,采用脉冲熔化极惰性气体保护焊(MIG)方法,以不同的焊接速度焊接6 mm厚的5083铝合金薄板,并通过模拟焊接热循环曲线,探究焊接速度与气孔率之间的关系。研究表明:焊接速度增加,焊缝中心温度不受改变,熔合线处峰值变化显著,热输入对熔合线处峰值温度影响较大,焊缝熔池较窄;焊接速度降低,熔合线距离焊缝中心较远,热输入对熔合线处的峰值温度影响较小,焊缝熔池较宽;仅当焊接速度为600 mm/min时,熔池宽度和热输入大小对熔合线处峰值温度的影响相差无几时,气孔率较低。     

焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响

为了研究焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响,文章基于非线性有限元法对平板对接焊焊接过程进行了数值模拟,结果表明:对于焊缝中心线上任一点,横向变形随外界环境温度的升高而减小;在3种热源功率下,最大横向变形均出现在焊接末端,其值随热源功率的增大而减小。说明外界环境温度越高,焊接效果越好,焊接热源功率越大,焊接效果越好。