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SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接接头残余应力及变形研究

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机械工程学报 2020年第21期56卷 38-47页

作者：胡兴彭昭成冯广杰李索邓德安袁军重庆大学材料科学与工程学院重庆400045 二重(德阳)重型装备有限公司德阳618000

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的... 详细信息

作为一种新型焊接方法,局部真空电子束焊接常被用于制造厚大的奥氏体不锈钢焊接接头,而该类接头的焊接残余应力和变形问题受到广泛关注。对板厚40mm的SUS310S不锈钢局部真空电子束焊接的对接接头进行了研究,并利用光学显微镜表征接头的组织形貌,利用显微硬度计测量接头的硬度分布,采用盲孔法装置和三坐标测量仪测量了接头的残余应力与面外变形。同时,基于ABAQUS有限元软件平台,通过编写用户子程序开发了一种复合热源模型来模拟局部真空电子束焊接过程中的热输入。采用所开发的"热-弹-塑性有限元"计算方法,模拟了接头在局部真空电子束焊条件下的残余应力与变形,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了所开发的"热-弹-塑性有限元方法"的有效性。同时基于数值模拟结果,还详细讨论了局部真空电子束焊厚板对接接头的残余应力分布与焊接变形特征。

关键词：局部真空电子束焊 SUS310S不锈钢复合热源模型焊接残余应力焊接变形

S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力

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焊接学报 2020年第6期41卷 12-18,I0001,I0002页

作者：严春妍易思张浩张可召顾正家河海大学常州213022

采用激光-MIG(metal inert gas welding,MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的... 详细信息

采用激光-MIG(metal inert gas welding,MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律.建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球+三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布,采用SYSWELD软件计算了1.0,1.5,2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力,分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响.结果表明,三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone,CGHAZ)的组织为马氏体,接头的硬度水平较高,最高硬度均在350 HV以上.焊接速度增加,熔池最高温度下降,焊后冷却速度增加.等效残余应力水平较高,HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时,各应力分量的拉应力峰值上升较少,而压应力峰值显著上升.

关键词：激光电弧复合焊复合热源模型显微组织温度场残余应力

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析

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焊接学报 2021年第9期42卷 28-34,41,I0002,I0003页

作者：严春妍张浩朱子江张可召顾正家王宝森河海大学常州213022 宝钢集团中央研究院上海200431

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊... 详细信息

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律.结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少.X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区.激光功率在2.0~3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势.但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.

关键词：激光电弧复合焊复合热源模型显微组织温度场残余应力

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汽车钢制车轮组合焊接的残余应力场研究

机械工程学报 2024年第22期60卷 291-301页

作者：代金垚刘献栋单颖春姜二北京航空航天大学交通科学与工程学院北京航空航天大学新能源汽车高效动力传动与系统控制北京市重点实验室兴民智通有限公司

车轮是汽车中承受载荷最为恶劣的部件之一，其结构安全性直接影响着汽车性行车安全，且由车轮断裂产生的交通事故时有发生。商用车钢制车轮是由预先制成的轮辐与轮辋经过盈装配、焊接而成，其焊趾部位是车轮上最易发生疲劳开裂的部位，... 详细信息

车轮是汽车中承受载荷最为恶劣的部件之一，其结构安全性直接影响着汽车性行车安全，且由车轮断裂产生的交通事故时有发生。商用车钢制车轮是由预先制成的轮辐与轮辋经过盈装配、焊接而成，其焊趾部位是车轮上最易发生疲劳开裂的部位，该部位的总应力是焊接残余应力与工作应力的叠加。车轮的构型复杂且应力分布不均匀，很难通过试验方法测量车轮组合焊接残余应力分布，但为准确预测车轮应力进而进行准确的轻量化设计，需要精确预测焊接残余应力分布。为此，首先构建考虑焊接过程中金属相变的车轮热-力-相变场耦合焊接仿真模型，通过对比试验与仿真中熔池形状初步验证热源模型热量输入的准确性；接着，进一步对比分析仿真所得温度场与试验所得温度场，以验证仿真所得温度场的准确性；之后，通过盲孔法测量焊接残余应力验证了仿真方法所得残余应力场具有较高准确性，并且还发现轮辋焊趾处残余应力沿周向呈周期分布，轮辋焊趾在正对通风孔处焊接残余应力小于正对通风孔间辐板处焊接残余应力，过盈装配对轮辋焊趾处焊接残余应力无明显影响。所进行的汽车钢制车轮组合焊接残余应力场研究，有助于获得车轮在考虑焊接残余应力下的真实应力分布，进而对车轮进行更为有效的轻量化设计。

关键词：汽车钢制车轮复合热源模型车轮组合焊接焊接残余应力

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旁路耦合电弧焊温度场模拟及验证

物理学报 2012年第2期61卷 23-29页

作者：石玗韩日宏黄健康樊丁兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

针对旁路耦合电弧焊的特点,建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型.利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析,得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模... 详细信息

针对旁路耦合电弧焊的特点,建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型.利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析,得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模拟结果,分析了旁路耦合电弧焊焊接参数对母材热输入的影响,并将特征点热循环曲线的模拟结果与相同条件下的试验结果进行了比较.结果表明,焊接总电流相同时母材热输入随着旁路电流的增加而降低,且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大,特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致,旁路耦合电弧焊温度场模型是合理的,所建立的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系.

关键词：旁路耦合电弧焊复合热源模型焊接温度场母材热输入

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焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

兰州理工大学学报 2022年第5期48卷 1-7页

作者：冯睿王磊陆万全王光宇乔及森兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结... 详细信息

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.

关键词：焊剂片约束电弧焊复合热源模型焊接温度场数值模拟

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Q420钢摆动式焊接接头温度场的数值模拟

热加工工艺 2018年第7期47卷 218-221页

作者：张超华叶延洪王腾赵楠孔繁荣重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 中建钢构广东深圳518000

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的... 详细信息

为了研究摆动式焊接接头的温度场,以有限元软件ABAQUS为平台,采用复合热源模型模拟了低合金高强钢Q420摆动式焊接接头的温度场。同时采用试验测量了焊接接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头焊缝的宏观截面形状。结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果吻合良好,复合热源模型不仅模拟出了焊缝成形系数大的熔池形状特征,还准确地模拟出焊缝的下坠区域,验证了复合热源模型模拟摆动式焊接接头温度场的准确性。

关键词： Q420 摆动式焊接复合热源模型温度场

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旁路耦合电弧焊热物理过程研究

旁路耦合电弧焊热物理过程研究

作者：韩日宏兰州理工大学

学位级别：硕士

旁路耦合电弧焊作为一种新型的高效焊接方法，依靠其自身独特的焊接过程不仅能够实现高速焊接而且还可以通过调节旁路电流来控制母材的热输入。因此旁路耦合电弧焊在对焊接效率以及母材热输入有严格要求的场合具有广泛的应用前景。本课... 详细信息

旁路耦合电弧焊作为一种新型的高效焊接方法，依靠其自身独特的焊接过程不仅能够实现高速焊接而且还可以通过调节旁路电流来控制母材的热输入。因此旁路耦合电弧焊在对焊接效率以及母材热输入有严格要求的场合具有广泛的应用前景。本课题针对旁路耦合电弧焊过程中的热物理现象，主要进行了以下几个方面的研究工作。首先，针对旁路耦合电弧现象，研究其耦合机理，建立旁路耦合电弧的数学模型以及有限元模型。使用全耦合法对模型进行求解，获得不同焊接参数下旁路耦合电弧内部的温度场、流场以及电磁场分布情况，并比较旁路耦合电弧与普通TIG电弧的区别，分析焊接参数对旁路耦合电弧的影响规律。结果表明：a)在焊接总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，旁路耦合电弧下半部分的能量随之减少，更多的热量消耗在电弧上半部分和旁路电极上，因此电弧底面上的温度也随之降低。b)旁路耦合电弧内部的高压区域主要分布在电极下方和电弧底面附近，其中电极下方具有最大的电弧压力值和电弧压力梯度。电弧底面上的电弧压力随旁路电流的增加呈现先减小后增大的趋势。c)在总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，越来越多的电流被旁路电弧分流而并未流入母材，导致通过电弧底面的电流密度明显减小。其次，针对旁路耦合电弧焊的特点，在已有研究的基础上提出一种新的复合热源模型。并使用该热源模型建立旁路耦合电弧焊工件的温度场模型，研究旁路耦合电弧焊调节母材热输入的过程和机理，并通过试验验证所建立的模型的合理性。结果表明：a)在焊接总电流不变的基础上，焊缝的熔深以及母材的热输入会随着旁路电流的增加而降低，并且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大。b)工件背面三个特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致，表明根据旁路耦合电弧焊特点所提出的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系。最后，利用上述所建立的旁路耦合电弧焊热源模型和工件的温度场模型，并进一步结合铝钢界面原子扩散动力学模型建立焊接参数-母材热输入-铝钢界面处金属间化合物层厚度的统一模型，使用该统一模型研究不同焊接参数下铝钢界面上的温度场以及金属间化合物层的生长情况。并且分别对铝钢异种金属焊接温度场模型和铝钢界面原子扩散模型进行了试验验证。结果表明：a)在焊接总电流相同的前提下，随着旁路电流的增加，母材的热输入以及扩散反应区域的温度随之下降，铝钢界面扩散反应时间也会随之缩短。对温度场模型的试验验证表明，工件背面B点的焊接热循环曲线的测量结果与相应点的模拟结果基本一致。b)当焊接总电流增大时，液态铝原子的扩散系数明显增大。而在焊接总电流不变的前提下增加旁路电流时，液态铝原子的扩散系数随之减小;金属间化合物层的厚度随焊接参数的变化情况与液态铝原子扩散系数的变化趋势一致，并且在扩散初期金属间化合物层厚度的增加率最大，而随着金属间化合物层厚度的增加其厚度增加率随之减小。试验验证结果表明金属间化合物层厚度随焊接参数变化趋势的计算结果与试验结测量结果一致的，而在数值上计算结果基本处于试验测量结果的分布范围内。

关键词：旁路耦合电弧复合热源模型母材热输入铝钢异种金属焊接金属间化合物

CO2气保焊短路过渡过程的熔滴与熔池行为的仿真研究

同方学位论文库评论

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CO2气保焊短路过渡过程的熔滴与熔池行为的仿真研究

作者：仝维维合肥工业大学

学位级别：硕士

CO气体保护焊(简称CO气保焊)是成本低、变形小、抗油锈、效率高、易于实现自动化等特点的焊接方法,主要应用在中、薄板和全位置焊接。短路过渡是CO气保焊广泛采用的一种熔滴过渡形式,在细焊丝、小电流和低电压的条件下实现,飞溅大和焊... 详细信息

CO气体保护焊(简称CO气保焊)是成本低、变形小、抗油锈、效率高、易于实现自动化等特点的焊接方法,主要应用在中、薄板和全位置焊接。短路过渡是CO气保焊广泛采用的一种熔滴过渡形式,在细焊丝、小电流和低电压的条件下实现,飞溅大和焊缝成型差,因此,如何控制CO气保焊的焊接接头质量是一个重要的研究课题。CO气保焊焊接头质量是由熔池行为所决定的,而短路过渡过程中的熔滴行为对熔池行为会产生重要影响,所以研究CO气保焊短路过渡时焊接参数对熔滴与熔池行为的影响对控制焊接接头的质量有重要意义。围绕熔滴与熔池行为,本文主要从事的研究工作如下: 从CO气保焊的特点和熔滴短路过渡的机理出发,通过对熔滴的行为规律进行深入研究,根据“质量—弹簧”理论分析了焊接参数对焊短路过渡过程熔滴行为的影响。借助MATLAB的数值分析平台,模拟了焊接电流对熔滴的尺寸形状及过渡频率的影响,并对熔滴上的主要作用力进行了分析。研究表明:电磁力、熔滴的重力、等离子流拉力随着电流的增大是逐渐增大的。在同一电流下,随时间增加熔滴持续长大,各力随时间的增加而增大,电磁力随时间以曲线形式增长,重力和等离子流拉力随时间的变化近似线性增加。熔滴长大的不同阶段,其受力大小不同。随着电流的增加,熔滴的位移逐渐变小,熔滴的平均质量下降,熔滴过渡频率增大。在短路过渡CO气保焊的实际焊接过程中,当前焊接温度场模拟采用的热源模型中往往忽略熔滴带入的热量对熔池温度场的分布会产生重要的影响。本文建立了适合于CO气保焊的双椭球电弧热源与熔滴热源相叠加的一种新型复合热源模型;利用有限元软件ANSYS对低碳钢焊件的温度场动态演变规律进行了模拟和计算,并通过实验进行验证。研究结果表明,利用复合热源模型比单一的双椭球热源模型的模拟结果更接近于实验测试结果,验证了改进复合热源模型的准确性、有效性与实用性。在上述研究基础上,结合CO气保焊焊接工艺性能特点,用ANSYS软件研究焊接参数与熔池几何形状之间的关系,进行相应的焊接工艺实验,并且对模拟结果和实际测量值之间的误差进行了简单分析。本文的研究成果不仅揭示了CO气保焊短路过渡过程的熔滴与熔池行为的演变规律,也为得到焊接工艺的制定提供理论依据。实验验证结果说明用ANSYS所建立的模型得到的计算结果基本合理可信。

关键词： CO2气保焊短路过渡复合热源模型动态演变温度场数值模拟