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铝合金锭接锭挤压过程中横向焊缝的有限元分析

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特种铸造及有色合金 2009年第12期29卷 1105-1108页

作者：刘健林高用冯迪邹艳明孙利平中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室长沙410083

应用三维有限元法对铝合金锭接锭挤压过程进行了详细分析,探讨了挤压过程中金属的流动规律及横向焊缝的形成过程。模拟结果显示,挤压过程中金属表现为不均匀的流变行为;在新旧坯料接触顶端形成了一个空隙;同时在高压及剪切变形作用下,... 详细信息

应用三维有限元法对铝合金锭接锭挤压过程进行了详细分析,探讨了挤压过程中金属的流动规律及横向焊缝的形成过程。模拟结果显示,挤压过程中金属表现为不均匀的流变行为;在新旧坯料接触顶端形成了一个空隙;同时在高压及剪切变形作用下,新旧坯料接触面形成了一条横向焊缝;讨论了横向焊缝质量的影响因素。模拟分析表明,通过改变平锥模的锥面长度,可有效缩短包含横向焊缝的制品长度。

关键词：锭接锭挤压横向焊缝三维有限元法

浅谈大直径厚壁容器现场组焊横向焊缝裂纹开裂原因及解决方案

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石油化工建设 2023年第S2期45卷 142-143页

作者：王伟殷蜀越董巍巍张运来中国石油天然气第七建设有限公司山东胶州266300

随着技术的发展,高参数的大型、重型压力容器已经越来的越多的出现在实际产品制造当中。部分大型、重型压力容器在制造过程中受多重因素限制,不得不采用焊条/焊丝电弧焊在横向位置焊接设备的环向焊接接头,而且这横向焊接接头常在下边缘... 详细信息

随着技术的发展,高参数的大型、重型压力容器已经越来的越多的出现在实际产品制造当中。部分大型、重型压力容器在制造过程中受多重因素限制,不得不采用焊条/焊丝电弧焊在横向位置焊接设备的环向焊接接头,而且这横向焊接接头常在下边缘的焊趾出发生开裂。本文简要介绍了这些接头产生裂纹的原因及预防措施。

关键词：大型重型压力容器焊条电弧焊横向焊缝裂纹

列车设备舱横梁空心铝型材连续挤压过程横向焊缝的研究

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热加工工艺 2017年第9期46卷 142-145页

作者：刘苏俊娄淑梅王安宁马晓东山东科技大学机械电子工程学院山东泰安271019

空心铝型材连续挤压生产过程中,前后两块坯料相互接触焊合会形成横向焊缝,这会影响型材性能。本文利用HyperXtrude软件对列车设备舱横梁空心挤压型材的成形过程进行了数值模拟,预测了横向焊缝的分布,并利用试验方法对模拟预测结果进行... 详细信息

空心铝型材连续挤压生产过程中,前后两块坯料相互接触焊合会形成横向焊缝,这会影响型材性能。本文利用HyperXtrude软件对列车设备舱横梁空心挤压型材的成形过程进行了数值模拟,预测了横向焊缝的分布,并利用试验方法对模拟预测结果进行了验证。结果表明:数值模拟预测结果与试验结果相吻合。数值模拟可以准确预测连续挤压中横向焊缝的分布。

关键词：空心铝型材连续挤压横向焊缝数值模拟

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空心铝型材数值模拟及横向焊缝规律的研究

空心铝型材数值模拟及横向焊缝规律的研究

作者：刘苏俊山东科技大学

学位级别：硕士

本文主要采用数值模拟方法、实验设计方法和统计学相结合的手段分析研究了列车用空心型材挤压模具结构参数和挤压工艺参数对挤压过程及挤压件质量的影响。并通过模拟和实验分析结合的方法,研究了挤压坯料表层金属在挤压过程中的流动规... 详细信息

本文主要采用数值模拟方法、实验设计方法和统计学相结合的手段分析研究了列车用空心型材挤压模具结构参数和挤压工艺参数对挤压过程及挤压件质量的影响。并通过模拟和实验分析结合的方法,研究了挤压坯料表层金属在挤压过程中的流动规律和横向焊缝的分布规律,系统分析研究了横向焊缝分布区域对挤压件的质量的影响,主要内容如下:通过对列车设备舱挤压件挤压过程速度场的数值分析,求出出口处型材截面所有节点的速度均方差,可看出型材出口处流速较均匀;对模具温度场的数值分析,对各阶段的温度变化原因做了详细分析。利用正交试验法结合数值模拟方法和统计学分析方法,针对列车设备舱挤压件的弯曲变形缺陷,研究模具结构参数和挤压工艺参数的影响规律,并在此基础上对模具进行优化。利用数值模拟和微观组织实验分析方法,对该产品横向焊缝的形成规律进行系统研究,并在微观角度对横向焊缝对制品质量的影响进行了深入分析。

关键词：铝型材挤压模具数值模拟正交实验横向焊缝

钢管桩横向焊缝对打桩过程中桩身应力的影响研究

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钢管桩横向焊缝对打桩过程中桩身应力的影响研究

作者：王丹伶重庆交通大学

学位级别：硕士

海洋中蕴含着丰富的油气资源和风能资源,随着人类对油气资源和风能资源的不断开发,促成了越来越多的海洋石油钻井平台和风电机组的建造。钢管桩基础凭借其强度高、施工速度快、制作运输方便、环境影响小等优点,成为了海洋石油开发平台... 详细信息

海洋中蕴含着丰富的油气资源和风能资源,随着人类对油气资源和风能资源的不断开发,促成了越来越多的海洋石油钻井平台和风电机组的建造。钢管桩基础凭借其强度高、施工速度快、制作运输方便、环境影响小等优点,成为了海洋石油开发平台及海洋风力发电工程中最常采用的桩基形式。在钢管桩打桩过程中,打桩设备锤击钢管桩桩顶所产生的冲击荷载以应力波的形式在钢管桩中传播,钢管桩经过数千次的锤击后贯入设计土层中,在这个过程中钢管桩桩身承受拉-压交变应力。横向焊缝的存在会影响打桩应力波的传播过程,进而影响桩身应力。目前,海洋工程中的钢管桩越来越朝着大直径超长方向发展,桩身有很多横向焊缝,这些焊缝的存在对桩身应力峰值、桩身应力分布情况以及桩身应力循环次数等有重要影响。研究海洋工程中钢管桩横向焊缝在打桩过程对桩身应力的影响,对于全面深入了解钢管桩的桩身应力分布,评估桩身的安全稳定性,以及后期研究和界定钢管桩疲劳损伤有重要意义。以下为本文主要研究内容和得到的结论:(1)本文基于应力波原理,介绍了打桩过程中应力波在桩体中的传播特性,建立了简化的锤-桩-土动力响应模型,推导得到了桩体任意单元在任意时刻位移、速度、受力、最大拉应力和最大压应力的计算公式,以及应力波在连续变截面和焊缝处的传播系数。为了体现焊缝对应力波和桩身应力的影响,将桩焊缝模型引入到锤-桩-土动力响应模型中。基于雨流计数法原理,对焊缝影响下的桩体应力-时间历程曲线处理得到桩体的等效应力幅值及其所对应的循环次数。(2)结合国内某海上风力发电桩基项目,以该工程中的5根试验桩为研究对象,利用打桩模拟程序得到了这5根试验桩的F-V曲线和桩身截面最大应力值,将数值模拟结果与实测结果进行对比分析,基于分析结果对数值模型进行修正,进而验证了打桩模拟程序的可行性。(3)基于前面修正后的数值模拟打桩模型,研究了上述5根试验桩在入土深度分别为25m、40m和50m三种工况下,桩身横向焊缝数量和宽度对桩身拉应力和压应力的影响。通过模拟结果可知,桩身最大压应力通常在桩顶附近,桩身横向焊缝数量对桩身压应力影响明显。随着焊缝数量的增加,桩身压应力减小,泥面附近及以上位置处桩身拉应力增加,泥面附近及以下位置处桩身拉应力减小。随着焊缝宽度的增加,钢管桩桩身最大拉应力和最大压应力减小。焊缝宽度和桩身最大应力之间呈对数函数关系。(4)基于应力循环计数法,得到桩体在不同焊缝数量和宽度时的等效应力幅值及应力循环次数。结果表明:钢管桩在打桩过程中易产生高周应力疲劳,钢管桩随着桩身横向焊缝数量和宽度的增加,桩身应力循环累计总次数增加。随着钢管桩入土深度的增加,桩身应力循环次数呈幂函数关系增加。

关键词：钢管桩横向焊缝应力打桩过程应力波原理

钼合金管棒材挤压过程中横向焊缝形成过程的数值模拟及管材模具的优化

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钼合金管棒材挤压过程中横向焊缝形成过程的数值模拟及管材模具的...

作者：朱俊江西理工大学

学位级别：硕士

铝合金挤压型材因比强度高、耐蚀性好、导热性强、外形美观且可表面处理、易于回收再生等优点使其在民用建筑及交通运输等行业广泛应用,随着经济的发展和挤压技术的进步,铝合金型材的需求量和产量正在不断扩大。计算机及有限元技术的飞... 详细信息

铝合金挤压型材因比强度高、耐蚀性好、导热性强、外形美观且可表面处理、易于回收再生等优点使其在民用建筑及交通运输等行业广泛应用,随着经济的发展和挤压技术的进步,铝合金型材的需求量和产量正在不断扩大。计算机及有限元技术的飞速发展,使得基于数值模拟的挤压模具设计以及虚拟试模慢慢成为行业中的主流。本文利用数值模拟技术研究了铝合金棒材“锭接锭”挤压时横向焊缝的形成过程以及模具模角对横向焊缝长度的影响。并借此经验进一步研究了分流模结构对OPC管中横向焊缝长度的影响,通过优化模具结构达到了缩短OPC管中横向焊缝的目的。主要研究结果如下:本文对铝合金棒材“锭接锭”挤压过程中横向焊缝的形成过程进行了数值模拟,研究了棒材“锭接锭”挤压过程中模具的模角α对棒材中横向焊缝长度的影响,研究结果表明:模角α为30°时模具入料口处金属流速较快,使得前一块坯料的残余料可迅速流出模具,因此成品棒材中包含横向焊缝的部分较短。借鉴研究棒材中横向焊缝的经验进一步分析了分流模焊合室入口角度α对OPC管中横向焊缝长度的影响,结果表明:在一定范围内,当分流模的焊合室入口角度α增大时,焊合室内金属流速也随之变快,当α处于45°到60°间时焊合室内金属流速达到最快。若是使用焊合室入口角度为45°0°的分流模挤压OPC管,其中包含横向焊缝的部分将会比较短。通过模拟研究了蝶形焊合室的分流模对挤压过程的影响,结果表明:使用蝶形的焊合室可减小甚至消除焊合室内位于模桥下方的挤压死区,有利于缩短成品管材中的横向焊缝;使用蝶形焊合室还可以减小挤压载荷并且不会降低金属在焊合室内的焊合质量。对优化后的小型腔模具进行挤压模拟,模拟结果显示:采用小型腔模具进行“锭接锭”连续挤压的时候第一块坯料所残留在模具中的金属量减少,因此挤出的管材中包含横向焊缝的部分长度就会缩短。使用小型腔模具挤压时,挤压载荷只有900 MPa左右,焊合室内静水压力大约在66 MPa83 MPa之间,可满足焊合要求。但小型腔模具分流桥及靠近模具边缘的分流孔位置将承受较大的应力,容易在这两位置处产生裂纹。传统OPC管分流组合模以及优化后的小型腔分流组合模的实际生产试模结果表明:小型腔模具挤出的管材中包含横向焊缝的长度是1800 mm左右,而使用旧模具时这个长度是5500 mm左右,前者只有后者的三分之一。

关键词：铝合金挤压铝合金棒材 OPC管横向焊缝模具优化

7N01空心铝型材挤压横向焊缝演变规律研究

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7N01空心铝型材挤压横向焊缝演变规律研究

作者：董媛媛山东大学

学位级别：硕士

随着全球大气污染问题不断突出,节能减排的重要性日益凸显。在高速列车领域,车体轻量化是实现节能减排的重要途径之一。铝合金具有质量轻、比强度高、可焊性好、导电导热性好、耐腐蚀、回收再生性高等优点,是目前高速列车实现车体轻量... 详细信息

随着全球大气污染问题不断突出,节能减排的重要性日益凸显。在高速列车领域,车体轻量化是实现节能减排的重要途径之一。铝合金具有质量轻、比强度高、可焊性好、导电导热性好、耐腐蚀、回收再生性高等优点,是目前高速列车实现车体轻量化的最理想材料之一。目前高速列车的承载结构主要采用7×××系铝合金挤压型材。在铝型材连续挤压生产过程中,两根相邻挤压坯料间的界面会在型材内部形成横向焊缝,而横向焊缝将导致型材性能下降,需要对包含横向焊缝区域的型材进行切除,显著降低了产品的成品率。由于7×××系铝合金硬度较高,材料流动性能较差,所以型材中横向焊缝的延伸长度会大大增加,特别是空心型材中横向焊缝延伸长度增加更为明显,严重影响了产品成品率。因此,开展对7×××系空心铝型材挤压横向焊缝的相关研究具有非常重要的工程意义。本文以高速列车用7N01空心铝型材为研究对象,采用实验研究和数值模拟相结合的方法开展对横向焊缝演变规律和微观组织的系统研究。本文所做的主要工作和所获得主要结论如下:(1)进行了 7N01空心铝型材挤压实验,研究获得了空心型材中横向焊缝的宏观形貌和演变规律。同时利用SEM和EBSD测试技术对横向焊缝区域的微观组织、织构组成及含量和拉伸断口形貌等进行了观察和分析,研究结果表明,横向焊缝区域新坯料和旧坯料的晶粒尺寸、织构含量和拉伸断口形貌等均存在明显差异。(2)实验测试了 7N01铝合金铸锭的力学性能参数及热物理性能参数。通过热压缩实验获得了不同应变速率和不同变形温度下7N01铝合金的应力-应变数据,并且对实验数据进行了摩擦和温度的双重修正,基于修正后的数据建立了7N01铝合金应变补偿型Arrhenius本构模型和热加工图。(3)根据所获得的力学-热物性参数及本构模型参数,利用HyperXtrude软件建立了 7N01空心铝型材横向焊缝演变过程模拟模型。通过与挤压实验中所获得的料头形状、挤压压力曲线、横向焊缝形貌及横向焊缝延伸长度等结果进行对比,验证了本文所采用的力学-热物性参数、本构模型及横向焊缝数值模型的准确性。(4)利用所建立的横向焊缝模拟模型,研究了挤压工艺参数和模具结构参数对横向焊缝延伸长度的影响规律。研究发现,除挤压温度外,适当调整挤压速度、挤压比以及阻流块高度、焊合室圆角半径和分流桥下沉深度等均可有效减小横向焊缝的延伸长度。

关键词： 7N01铝合金空心型材横向焊缝微观组织数值模拟

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空心铝型材连续挤压过程中横向焊缝的研究

空心铝型材连续挤压过程中横向焊缝的研究

作者：王安宁山东科技大学

学位级别：硕士

铝型材具有的高强度、轻重量、耐腐蚀等优点,可以满足交通运输行业轻量化需求。在空心铝型材的连续挤压生产中,前后两根坯料首尾相接会在型材内部形成横向焊缝,如果不能精准切除这部分型材,横向焊缝及其周边包含的表皮夹杂将影响型材的... 详细信息

铝型材具有的高强度、轻重量、耐腐蚀等优点,可以满足交通运输行业轻量化需求。在空心铝型材的连续挤压生产中,前后两根坯料首尾相接会在型材内部形成横向焊缝,如果不能精准切除这部分型材,横向焊缝及其周边包含的表皮夹杂将影响型材的正常使用性能。因此,精准预测空心铝合金型材中横向焊缝分布区域,研究横向焊缝的焊合机理和焊合本质具有重要的工程意义。本文以一列车设备舱横梁空心铝型材为研究对象,利用数值模拟方法预测了横向焊缝的分布。为了揭示横向焊缝形成机理与焊合本质,对焊缝区域型材样本进行了力学性能测试,并利用扫描电镜(SEM)以及电子背散射衍射电镜(EBSD)系统研究了横向焊缝区域微观组织结构的变化,得到以下结论:(1)利用HyperXtrude数值模拟方法辅以“表面追踪”技术对空心铝合金型材挤压过程中横向焊缝的分布区域的预测与宏观观测焊缝分布区域实验结果十分吻合,因此数值模拟方法可以准确预测空心铝型材连续挤压型材横向焊缝分布,为实际生产提供了指导与借鉴。(2)横向焊缝区域样件的拉伸断裂处基本都在横向焊缝处。扫描电镜观察断口形貌表明,焊缝处材料的断裂类型多为脆性断裂,横向焊缝处材料的塑性、强度和韧性均低于正常型材。(3)利用电子背散射衍射技术研究分析了型材中横向焊缝区域的晶粒形状、特殊晶界和微织构的演变过程,研究结果表明,在焊缝中前期,焊缝较宽,新材料区域多为等轴晶粒;旧材料区域多为细长晶粒;横向焊缝处再结晶程度不完全,多为粗大晶粒和小角度品界,严重影响了此处材料的织构组分与机械性能;在焊缝后期,焊缝变细直至消失不见,并且焊缝两端新旧材料晶粒尺寸均越来越均匀,直至最后均为细小等轴晶粒。

关键词：空心铝型材横向焊缝数值模拟织构

复杂截面铝型材挤压工艺与横向焊缝演化规律研究

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复杂截面铝型材挤压工艺与横向焊缝演化规律研究

作者：吉宏选合肥工业大学

学位级别：硕士

在汽车制造领域,车身轻量化是实现节能减排的重要方法之一。铝合金因其具有比强度高、可加工性能好、导电导热性能好、耐腐蚀和易回收再生等优点,是当前汽车车身轻量化的理想材料之一。复杂截面的6xxx系铝合金型材在挤压成形时金属流动... 详细信息

在汽车制造领域,车身轻量化是实现节能减排的重要方法之一。铝合金因其具有比强度高、可加工性能好、导电导热性能好、耐腐蚀和易回收再生等优点,是当前汽车车身轻量化的理想材料之一。复杂截面的6xxx系铝合金型材在挤压成形时金属流动复杂,对应的模具结构不确定因素多,难以一次性试模成功,影响新产品型材的试制时间和成本;在型材稳定连续挤压时,在两个坯料的连接处会形成横向焊缝,横向焊缝区域力学性能明显下降,横向焊缝的长短直接影响型材成品率。本文以某汽车用复杂截面铝型材为研究对象,采用物理试验和数值模拟相结合的方法,对该型材的挤压成形工艺、模具结构与横向焊缝的演化规律展开了研究,主要工作与结论如下:(1)通过热压缩试验获得材料的高温流变应力数据,建立了AA6082合金的Arrhenius本构方程。(2)研究型材的挤压成形工艺,建立型材挤压过程的有限元模型,分析挤压工艺参数、模具结构对连续挤压成形工艺的影响。结果表明,在挤压工艺确定的情况下,模具的分流孔形状与尺寸对铝型材成形质量影响最大,合理设计模具分流孔个数、形状与尺寸以及适当增设阻流块,能够有效提高型材截面的材料流速均匀性,满足质量要求,挤出合格型材。(3)利用数值模拟方法研究挤压工艺参数和模具结构对横向焊缝延伸长度的影响规律。研究发现,挤压温度对横向焊缝延伸长度的影响较小,减小挤压速度有利于缩短横向焊缝延伸长度;改进模具型腔结构和分流孔形状、尺寸能够有效减小横向焊缝的延伸长度。(4)研究型材横向焊缝区域的力学性能、微观组织及拉伸断口形貌,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段观察分析型材横向焊缝截面。研究结果表明,型材横向焊缝区域的力学强度明显低于本体,晶粒尺寸和断口形貌均存在明显差异。

关键词： AA6082铝型材挤压工艺模具设计横向焊缝