静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究.分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异.根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值.     

钛合金平板电子束焊接残余应力数值分析

本文建立了钛合金平板移动电子束热源的焊接温度场和应力场的数值分析模型,针对6mm厚的TC11钛合金平板试件,计算分析3种不同工艺参数的电子束焊接温度场及残余应力分布规律,结果表明对于平板电子束焊接接头,在焊缝及近缝区的很窄的区域内,存在数值接近材料屈服极限的纵向残余应力,焊接工艺不同将会影响残余应力的数值,采用正面焊透加背面修饰的焊接工艺可在一定程度上降低纵向残余应力的数值。      

钛合金焊接薄板残余应力有限元数值分析

研究钛合金焊接薄板残余应力的大小和分布,对于研究钛合金焊接件的疲劳寿命,具有十分重要的理论和工程实际意义.利用ANSYS分析了钛合金焊接薄板的实际焊接温度场以及应力场的变化和残余应力的分布.计算结果表明,焊接熔合区存在较大的残余拉应力.     

AISI 304钢-铌异种金属激光焊温度场及残余应力研究

采用SYSWELD软件,对AISI 304钢–铌异种金属激光焊接过程进行动态模拟,在研究了AISI 304钢–铌异种金属激光焊接接头温度场的基础上,分析了焊后薄板的残余应力分布。结果表明:异种金属焊接温度场呈不对称分布,铌侧高温区域比不锈钢侧要宽;沿焊接方向上,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,焊缝中部区域都存在最大残余拉应力;而垂直于焊缝方向上,横向残余应力和纵向残余应力在焊缝及焊缝附近区域应力梯度都比较大,分布形态都呈"M"状,纵向残余应力在焊缝区表现为残余拉应力,而横向残余应力在焊缝中心处出现了压应力。     

2219铝合金拉拔式摩擦塞焊数值模拟

基于有限元（FEM）基础理论，建立了拉拔式摩擦塞焊（FPPW）二维轴对称热-力耦合模型，对FPPW焊接过程中的焊接温度场、塑性流动进行数值模拟。研究结果表明，因界面处摩擦热向外部环境散失，焊接初始阶段的界面温升速率高于准稳态阶段。试板侧温度梯度高于塞棒侧，热量易在塞棒侧进行集中；材料强度和变形抗力随温度和应变上升而下降，试板上壁面优先形成摩擦界面并先于下壁面出现塑性金属流动形成飞边，下壁面材料待充分软化后方才出现塑性金属流动；FPPW焊接过程达到准稳态阶段后，焊接界面处应力状态呈中心压应力、两侧拉应力分布，拉应力驱动了上、下壁面处焊接飞边的成形。模拟结果与实际结果一致。     

起落架构架焊接气孔的防止

构架是起落架的关键部件之一,它与后轮轴相联,着陆时承受着强大的冲击载荷,因此焊接气孔危害极大,会造成应力集中,影响焊接强度,甚至引起脆断。我们在试制起落架构架时常产生焊接气孔,每批零件大约有70％不符合标准而要补焊。这样对产品质量及生产周期都带来很大影响。     

运载火箭贮箱筒段环缝焊接应力变形数值模拟

以5 m直径大型运载火箭贮箱筒段为研究对象,对该筒段进行了环缝焊接过程的有限元模拟,得到了焊接过程的温度场分布情况以及简化工装约束条件下焊接后和约束卸载后的应力变形情况.结果表明,筒段的整体变形以径向变形为主;焊后最大应力出现在焊缝,最大应力429 MPa,由于应变强化而高于屈服强度;焊缝处的应力除外表面轴向应力为压应力,其他皆为拉应力.     

焊接仿真技术应用与未来发展

焊接数值模拟技术的发展是随着焊接实践经验的积累,有限元数值模拟技术、计算机技术等的发展而逐步开始的。焊接工艺的仿真,主要是针对焊接温度场、残余应力、变形等几个方面,旨在改善焊接部件的制造质量,提高产品服役性能,优化焊接顺序等工艺过程。     

热拉伸效应控制飞行器板壳结构焊接变形

低应力无变形焊接技术是一种在焊接过程中直接实施热拉伸效应的方法,可以在待焊工件的全截面上由预置温度场建立温度梯度形成温差拉伸效应,或者在焊接热源附近的局域范围内由热沉建立大温度梯度形成温差拉伸效应.     

TC17钛合金焊接及局部热处理残余应力的数值模拟

对TC17钛合金平板的氩弧焊焊接和焊后热处理过程进行了数值模拟,模型中考虑材料相变和蠕变,计算得到焊接和热处理过程中的温度场演变情况和热处理前后残余应力分布规律。结果表明,由于存在较大的热输入,焊后产生了较大的残余应力,焊缝附近的HAZ区域纵向残余拉应力达到了650MPa左右,热处理后降低至160MPa左右。采用小孔法和X射线衍射仪测量了试件的残余应力,模拟计算得到的残余应力值与小孔法测试结果符合性较好。     

预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,通过APDL语言编程,实现了不同预拉伸应力条件下铝合金平板对接焊过程中,温度场及应力场的模拟分析.计算结果表明,预拉伸焊接法可以有效地控制焊接残余应力,随着预拉伸应力的增大,其焊后残余应力值逐渐减小.当预拉伸应力σP从0增加到90%σ0.2时,纵向残余应力降低了85.6%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

固体发动机地面试车壳体失效分析实例

本文以断口分析为主要线索,利用扫描电镜、金相、化学成分分析、力学性能试验和应力测试等手段,查明了固体发动机地面试车壳体失效的原因,系由于在较为复杂的加工和使用条件下,前接头发生应力腐蚀(或氢脆)造成低应力脆断的结果。文中还提出了防止类似故障重现的建议措施     

TA15钛合金钎焊工艺与接头组织性能研究

针对TA15钛合金复杂精密构件设计制造可能的需求,采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料材料对TA15合金进行了真空钎焊。通过扫描电镜与能谱分析等手段,对钎焊接头界面的元素分布及钎焊接头的组织进行分析;同时测试了接头室温和高温力学性能。实验结果表明:采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料钎焊TA15钛合金合理可行;真空钎焊接头通过扩散处理,可以提高接头强度,接头室温和高温拉伸强度分别达到母材的98%和94%;真空钎焊接头脆断于钎缝,扩散处理后的接头韧断于基体。     

喷丸强化——解决壳体低应力爆破的途径

固体火箭发动机壳体低应力爆破现象,在发动机研制中屡见不鲜。壳体发生低应力爆破的主要原因是处于拉应力状态下的表面裂纹或类裂纹扩展到引起脆断的临界尺寸所致。而喷丸强化能使零件表面产生压应力,封闭零件表面裂纹或类裂纹,推迟裂纹扩张断裂时间,延长壳体使用寿命,减少低应力爆破。     

钛合金线性摩擦焊接头缺陷形成机理分析

采用热力耦合技术,建立了线性摩擦焊过程的有限元模型,计算了焊接温度、应力和变形场,并对温度场进行了试验验证.观测了接头不同缺陷的微观形态,并对其形成机理进行了分析.最后,提出了控制焊接缺陷的措施.     

不同频率的交变磁场处理降低焊接残余应力的研究

进行了不同频率下的低频交变磁场处理消除焊接残余应力的试验，经过５Ｈｚ，１５Ｈｚ，３０Ｈｚ和５０Ｈｚ频率的低频磁场处理后，试样中的焊接残余应力都有不同程度的下降，其中拘束焊接试样经５Ｈｚ磁场处理后局部横向残余应力下降率超过４５％。     

轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制（下）

五、轻金属结构制造中的焊接变形控制在轻金属薄壁结构的焊接制造中,板壳构件失稳翘曲变形比其他形式的焊接变形更为严重。尤其是飞行器结构一般多选用厚度不大于4m m的金属板材,如带筋壁板、燃料贮箱等。如图14所示,当板件的厚度小于4m m时,则焊接残余应力所引发的失稳翘曲变形必然会突现,这是因为板件失稳翘曲的临界压应力值陡然降低的结果。北京航空制造工程研究所近20年来着手研究开发了轻金属板壳结构的低应力无变形焊接方法熏其机理属于在焊接过程中主动控制热应变的产生和发展,用预置温度场的全截面热拉伸效应或是用热源-热沉的局域…     

镁合金AZ31搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

针对5mm厚AZ31镁合金搅拌摩擦焊接过程进行三维有限元传热分析，并推导搅拌摩擦焊接(FSW)产热的数学模型，计算FSW过程不同时刻和不同位置温度分布。计算结果表明：起焊时有一个预热作用，预热对搅拌摩擦焊接过程有利；搅拌摩擦焊接过程中准稳态时最高温度为460℃左右，低于镁合金的熔化温度，属于固相连接。温度场测量结果显示：计算结果与测量结果较吻合，说明温度场模型的建立基本符合搅拌摩擦焊接过程。     

基于LabVIEW的搅拌摩擦焊在线监测系统

搅拌摩擦焊(FSW)作为一种新型的固相连接技术,具有一系列传统焊接无法比拟的优点[1-2].如焊接时的无飞溅、不需要气体保护、焊后工件残余应力和变形小、焊接接头抗拉伸性能和抗弯曲性能良好、生产成本低和无污染等,这些性能在铝合金焊接方面具有得天独厚的优势[3-4].搅拌摩擦焊在加工过程中涉及到温度场、材料组织变化、材料流动、应力应变和振动等多方面的问题[5-8].为了提高搅拌摩擦焊的焊接质量,必须要设计一套能同时检测搅拌摩擦焊加工过程中的温度、三向力和振动信号的在线检测系统.     

应力比对不锈钢焊接接头疲劳寿命的影响研究

针对0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头，开展了高周疲劳性能测试，研究了应力比对其疲劳极限和疲劳寿命S-N曲线的影响。结果表明应力比对疲劳寿命有较大的影响，在最大应力一定的情况下，应力比越大其疲劳寿命越大。基于试验结果，得到了反映应力比影响的0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头Goodman修正和Walker修正的高周疲劳寿命预测模型。模型的预估寿命和试验数据对比表明，Walker修正模型对疲劳寿命的预测结果全部处于1.0倍分散带以内，其更能反映应力比对0Cr18Ni9不锈钢薄板焊接接头疲劳寿命的影响。