厚板多层多道对接焊残余应力轮廓法测量及热-弹-塑性有限元分析

船体外板结构多采用多层多道焊工艺建造,焊接产生的残余应力复杂,易导致焊接结构断裂和疲劳失效.本文采用轮廓法与基于并行计算技术的热-弹-塑性有限元研究Q235厚板多层多道对接接头内部残余应力分布及其变化过程,预测结果与测量结果吻合较好.预测结果表明,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,沿接头宽度方向逐渐减小最终转变为压应力,正面焊缝中部区域拉应力值明显降低;横向残余应力在焊缝区上表面及背面填充处为拉应力,沿接头宽度方向逐渐降低,在正面焊缝中部区域为压应力;Z向残余应力主要存在于焊缝区,正面焊缝以压应力为主,背面焊缝以拉应力为主.厚板多层多道焊接过程中,残余应力变化是由于后一道焊缝对已焊的焊缝起到热处理作用导致的,焊缝接头残余应力分布由最后一道焊缝决定.     

船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究

针对船体结构腐蚀凹坑修复问题,利用热-力耦合弹塑性数值计算技术,研究了焊补修复方法,对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑多道焊接过程进行模拟计算,掌握壳体凹坑修复过程中温度场和应力场分布规律,得到最佳工艺参数,并利用试验进行验证。结果表明,采用数值计算方法可较准确预测焊接的温度场和变形以及厚板结构的残余应力,为工艺参数的制定提供重要依据。     

核电用Q345B厚板多层多道焊动态角变形研究

为了获得核电用厚板多层多道焊的角变形动态过程,通过试验测试和有限元分析相结合的方法研究了40 mm厚Q345B钢板角变形过程.基于ANSYS有限元分析软件,开发了考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热弹塑性有限元计算方法.同时,采用位移传感器间接测试了焊接角变形过程.研究结果表明:Q345B厚板多层多道焊角变形动态过程可分为变形阶段和稳定阶段.单个焊道引起的角变形增加量呈先增大后减小的趋势.此外,综合考虑热输入与板厚叠加作用的热输入理论(Q/h~2)可以解释厚板多层多道焊角变形动态过程.     

船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究

针对船体结构腐蚀凹坑修复问题,利用热-力耦合弹塑性数值计算技术,研究了焊补修复方法,对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑多道焊接过程进行模拟计算,掌握壳体凹坑修复过程中温度场和应力场分布规律,得到最佳工艺参数,并利用试验进行验证.结果表明,采用数值计算方法可较准确预测焊接的温度场和变形以及厚板结构的残余应力,为工艺参数的制定提供重要依据.     

双丝双弧自动埋弧焊机的研究设计

序言单面焊双面一次成形埋弧焊工艺在我国已应用多年。但长期以来,只有单丝单面焊用于生产,只能焊接厚度为12毫米以下的板列。而对14毫米以上者,由于单丝单面焊线能量太大,不能保证焊缝性能,因而只能用双面焊工艺焊接。为了使单面焊工艺推广到焊接14毫米以上的中、厚板列,就必须研究、设计适用于双丝双弧或多丝多弧单面焊的焊机。另一方面,不论是单面焊还是双面焊,用单丝进行焊接,速度太慢。特别是厚板的多道焊,速度就更慢。为了提高焊接速度,也要求研究设计双丝双弧或多丝多弧焊机。     

40万t矿砂船CO_2气体保护焊与埋弧自动焊混合焊接工艺方法

针对40万t VLOC船体甲板所采用的厚达49 mm的EH36钢材,考虑其高应力和高疲劳强度的特点,采用CO_2气体保护焊打底、两道填充和埋弧自动焊填充、盖面的混合高效焊接工艺技术,对焊缝打底、填充、盖面焊接中所产生的焊接缺陷进行工艺优化,通过打底焊缝厚度的控制、埋弧自动焊填充、盖面操作技术的使用及采取相应的焊接工艺措施,最大限度避免焊接缺陷产生,焊接质量明显提升,生产效率有较大的提高。     

基于固有应变法的大型圆筒焊接变形预测

本文使用热弹塑性有限元法对圆筒多道焊固有应变规律进行研究,总结纵向固有应变系数规律,并用于计算大型圆筒构件多道焊焊接变形,与实测值相符。     

船舶典型板架结构机器人焊接系统

针对船舶典型板架结构的特点,传统焊接机器人无法进行高效率运用的现状,开发出一种无需人工示教编程的全自动机器人焊接系统。该系统采用结构化非示教编程技术,通过激光扫描来获取结构数据,经过后台计算得到焊缝具体位置及起止点。整个焊接过程无需人工干预,机器人系统可自动寻找焊缝并进行焊接,包括平角焊、立角焊、包角焊、圆弧焊等多个复杂位置焊缝。该机器人系统适用于船舶典型板架结构的焊接,解决了传统焊接机器人无法焊接装配精度不高、无工装夹具、焊缝短且结构复杂的结构件的问题。     

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。     

板材焊缝间隙差异对温度场及应力场的影响

针对国内外船体板材对接焊焊接工序中,对于焊缝间隙的差异引起的温度场、残余应力以及板材横向收缩量的研究规律问题,利用焊接专用软件Sysweld,对船体板材在不同焊缝间隙下对接焊焊接过程进行数值模拟仿真,分析得到随着焊缝间隙的增大,焊接过程中的最高温度,焊接冷却后板材的残余应力以及横向收缩量都是增大的,为实现焊接过程中变形量的精度控制等提供了前提条件。     

CMT窄间隙多层多道焊接工艺参数对焊缝成形的影响

为了减少焊接热输入和飞溅,降低焊接残余应力和焊接变形,研究了CMT平板堆焊道间距及焊枪倾角对焊缝成形的影响,进行了CMT窄间隙多层多道焊接试验.结果表明,在窄间隙焊接时,第1层焊道间距为单-焊缝熔宽的2/3,以后各层焊道间距为单-焊缝熔宽的5/9,可以获得良好的焊缝成形;在窄间隙侧壁焊接时,焊枪与水平面夹角为75°,焊...     

Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力研究

钛合金因其优良的性能得到广泛应用,其材料的焊接特点及其结构在使用过程中的安全可靠性问题也越来越引起人们的关注,目前钛合金已成为载人深潜器耐压球壳的首选材料.本文首先对Ti80对接焊厚板残余应力进行了数值模拟以及X射线无损检测试验研究,在得到数值模拟结果后将其与试验测量值进行对比,结果吻合较好,即Ti80对接焊厚板表面横向残余拉应力呈现不对称双峰;焊缝中心线上的纵向残余拉应力较大;焊缝处沿板厚方向的内部横向残余应力和垂向残余应力在近上下表面处均为拉应力,且横向残余应力高于垂向残余应力,沿板厚方向均呈现拉应力-压应力-拉应力趋势.然后基于热弹塑性有限元分析方法,对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力进行数值模拟研究,得到赤道焊缝表面残余应力和内部残余应力分布规律.结果显示:Ti80耐压球壳内壳表面有较大的残余拉应力;纵向残余拉应力大于横向残余拉应力;球壳外表面有较大的横向残余压应力,而纵向残余应力为拉应力.     

超大型集装箱船厚板焊接技术改进及TOFD与PAUT联合探伤技术的运用

在超大型集装箱船建造过程中,厚板焊接质量是全船建造质量和建造周期控制的关键。围绕船体建造阶段厚板焊接工作量大、厚板散热快、预热要求高等难点,通过对厚板区域焊缝产生的缺陷进行数据收集、整理及分析,对现场技术施工进行研究与改进,并结合超声探伤新技术的应用,找出合理的解决方案及指导焊接施工的正确方法,从而提高了2.1万TEU超大型集装箱船厚板区域焊缝超声探伤的一次合格率。     

ANSYS在焊接中的应用

本文运用大型通用有限元计算软件ANSYS对厚板大型构件(如船体、大型钢结构)焊接过程中的焊缝残余应力的分析问题进行了研究，并以平板中间堆焊问题为例，论述了有限元建模以及基于ANSYS平台所完成的残余应力分析。     

钛合金Ti-6Al-4V ELI厚板多层多道焊试验与数值模拟

对2块厚度为24mm的Ti-6Al-4VELI厚板进行夹角为171.98°的多层TIG焊接试验,基于SYSWELD软件平台,在焊板两端完全刚性固定的装夹条件下数值模拟计算焊接温度场、应力场和焊接引起的变形.计算结果表明,焊接温度场的变化规律符合实际,焊缝区的拉伸残余应力最大,热影响区的压缩残余应力较大.焊接数值模拟得到的残余应力场与试验测量值能较好地吻合,验证了数值模拟模型的准确性.该数值模拟方法可应用到大深度Ti-6Al-4VELI载人舱强度计算中的焊缝残余应力模拟中.     

船用EH36板两层两道焊接温度场分布

运用大型有限元分析软件Abaqus,对船用钢板EH36平板CO2气体保护焊的温度场进行三维动态分析。以8 mm EH36平板为研究对象,考虑材料的热物理性能和对流、辐射散热的影响,建立Y型坡口对接两层两道焊模型,利用过渡网格技术划分网格,采用双椭球热源模型和"单元生死"技术实现焊缝填充的动态过程。得到EH36温度场的分布规律,并研究层间冷却时间对焊接温度场的影响。     

基于热弹塑性有限元法船舶薄板结构焊接变形模拟与预报

本文论述了基于热弹塑性有限元法对不同焊接顺序下薄板焊接变形的模拟和预报,介绍了模拟过程中关键问题的处理,如材料相变的应对措施,移动热源的加载过程的模拟,生死单元法在焊缝生成模拟中的应用。本文以T型构件两侧角焊缝为研究对象,设计4个常用焊接顺序,利用Ansys分别模拟不同顺序下的焊接过程,并进行热弹塑性有限元分析,根据温度场与合位移场分布情况,得出焊接变形的最小的最佳焊接顺序。说明基于热弹塑性有限元法可以实现不同焊接顺序下焊接变形的模拟和预报。计算结果与实测一致。     

壳体对接焊工艺的数字仿真研究

利用ANSYS软件,对圆柱壳体圆周对接焊进行数字仿真分析.仿真过程采用双椭球体热源模拟焊接电弧,利用生死单元模拟焊料填充过程,真实再现了实际的焊接过程.通过数值计算总结了壳体圆周焊的焊接温度场、残余应力场和焊接变形的规律,探讨了焊接工艺以及结构尺寸对焊接残余应力及变形的影响,同时通过与实验测量值的比较,验证了仿真分析的可靠性.采用的数值仿真方法及提出的优化焊接工艺可为工程实际提供参考,具有理论和实用价值.     

焊缝收缩法焊接变形技术研究

以船体甲板结构为研究对象,采用热弹塑性法和局部整体法计算分析甲板分段典型焊接接头应变大小,并将该计算结果与实验测量结果相对比控制和验证有限元计算精准度。以典型焊接接头计算结果为基础,采用Weld-Planner焊缝收缩法预测甲板分段结构的焊接变形。采用焊缝收缩法计算工程结构的焊接变形时,计算过程易于收敛,计算效率显著提高,是预测大型复杂结构焊接变形一种方便有效的方法。     

海洋工程用中厚板高强钢Q460E焊接工艺及性能

针对焊接机器人应用于海洋工程领域厚板焊接中的可行性和焊接工艺进行研究,设置焊接方案和技术参数并进行分析.采用海洋工程领域常用的高强钢Q460E,对焊接机器人焊接过程中的重要参数"侧壁停留时间"进行试验优化研究,结果表明,焊前预热温度为150℃,焊接速度为190mm/min～210mm/min,焊后后热温度为250℃,保温2h,同时配合焊接机器人摆动速度250 mm/min、侧壁停留时间1.2 s～1.4 s时,能获得良好的焊接接头,抗拉强度达到620 MPa,屈强比达0.8.在侧壁停留时间为1.2 s～1.4 s的情况下对预热温度分别为120℃和90℃的工况进行试验,结果表明,当将预热温度降至90℃时,焊缝冲击韧性仍能满足标准的要求.对于对结构性能要求不高的场合,推荐采用该预热温度.