张春平[1]2003年在《异种钢熔焊过程的数值模拟》文中研究说明焊接是一复杂的物理化学过程，借助于计算机技术，对焊接现象进行数值模拟，是国内外焊接工作者的热门研究课题，并得到了越来越广泛的应用。 本文运用有限单元法(FEM)，对电站锅炉内常采用的G102(12Cr2MoWVTiB)和SUS304(0Crl9Ni9)异种钢熔焊接头的焊接温度场、焊接残余应力场进行了数值模拟，探讨了接头温度场、应力场的分布规律。在阐述有限单元法基本理论和基本推导方程的基础上，以大型有限元分析软件ANSYS作为分析手段，对这类异种钢接头在几种不同焊接工艺条件下的温度场、应力场分布状况进行了动态模拟。通过对运算结果的对比性分析，从降低焊接残余应力的角度出发，提出了这类接头焊接工艺的具体优化方案。本文还通过有关实验，对部分模拟运算结果进行了验证。
李梦轩[2]2016年在《履带式起重机臂架用BG770QL+20Mn2异种钢焊接研究》文中研究表明履带式起重机是工程起重行业的一类重要机械,是某公司的主打产品。起重机臂架是整机中最重要的承载部件,现多采用低合金高强钢焊接制造,以减轻其重量及单位重量的承载能力。但是低合金高强钢在焊接时容易产生接头脆化、焊缝开裂等一系列的焊接问题,时常导致结构件的失效。如某公司生产的臂架出现了主腹弦杆处焊接接头的撕裂。因此为优化臂架主腹弦杆原有的焊接工艺,提高焊接质量,本文以主腹弦杆使用的BG770QL和20Mn2异种低合金高强钢为研究对象,从数值模拟评定适宜预热温度、试验分析选定合适焊材、探索新焊接方法等方面进行焊接研究,评定新的焊接工艺方案,实现焊接接头良好的使用性能。针对BG770QL+20Mn2异种钢组合,理论计算其焊接性,焊接时需要预热;采用ABAQUS软件对该异种钢斜Y坡口对接裂纹试验中不同预热温度下试件进行焊接数值模拟,分析不同预热温度对温度场和应力场分布规律的影响,推测适宜的焊接预热温度,得出焊接该异种钢不宜采用过高的预热温度,选择100℃适宜;采用Ar+CO2混合气体保护焊,选择100℃的预热温度,分别使用“低强匹配”T Union GM90和“等强匹配”T Union GM100焊丝焊接该异种钢,对异种钢接头进行金相组织观察、力学性能试验、断口形貌观察,及分析显微组织对接头性能的影响,对比分析不同强度匹配的焊材对焊接接头组织性能的影响,得出使用“等强匹配”T Union GM100焊丝的焊接接头的综合性能较好;选用新焊接方法——激光焊进行焊接试验,探索激光焊接该异种钢的可行性。试验表明在不同的焊接线能量情况下,激光焊接该异种钢焊缝成型良好,接头没有出现气孔、裂纹等缺陷。焊接时两种母材在熔池中化学成分均匀熔合,焊缝区组织性能均匀分布,该异种钢接头没有出现热影响区软化现象。初步判定可以使用激光焊接BG770Q+20Mn2异种钢。综上所述,为优化原有的焊接工艺,获得更好的焊接接头,臂架用BG770QL+20Mn2异种钢焊接时需预热,选择100℃预热温度适宜,使用“等强匹配”T Union GM100焊丝焊接的接头综合性能更好。先进焊接方法激光焊可以焊接该异种钢。
吕盎然[3]2018年在《301L/Q235B异种钢电阻点焊数值仿真及试验研究》文中认为301L奥氏体不锈钢冷轧系列板是制造城际轨道客车的主材,车辆中除301L不锈钢的焊接,还存在诸多301L与低碳钢的异种钢焊接结构,目前采用的电弧焊和塞焊不仅生产效率低、成本高,强度、刚度、疲劳可靠性也有待提升,电阻点焊是改善异种钢焊接结构机械性能、降低生产成本的最佳选择。由于不锈钢与碳钢的电阻率、热导率和膨胀系数等方面的差异,电阻点焊的冶金过程更复杂,接头各区域化学成分和硬度变化大,焊接难度更大,异种钢电阻点焊也是当前国际焊接领域的研究热点之一。本论文以4种等厚和不等厚301L不锈钢与Q235B碳钢板的电阻点焊为研究对象,通过对电阻点焊温度场的数值模拟,研究点焊工艺参数对温度场的影响规律,并基于仿真分析选择焊接试验的工艺参数。通过焊接试验研究异种钢点焊接头的组织结构,并与实际点焊接头对比验证数值模拟的准确性和适用性。通过拉伸试验,研究异种钢点焊接头几何结构对拉伸性能和断裂行为的影响。最终基于静拉伸性能确定301L/Q235异种钢合理的电阻点焊工艺参数和点焊接头几何结构。结果表明,异种钢点焊熔核向301L不锈钢一侧偏移,有限元数值仿真的熔核几何尺寸与实际接头符合较好,在焊接热量输入较高时数值分析的误差低于10%。此外,数值模拟的点焊规律与焊接试验基本相同,电阻点焊工艺的有限元仿真结果具有重要参考价值。对于301L/Q235B两异种钢板厚度之和不超过4mm的电阻点焊接头,静拉伸失效模式有界面断裂和301L板内熔核拔出断裂两种。当Q235B的熔核直径在5√t以上时,点焊接头为拔出断裂,断裂位置在301L不锈钢板的熔核内。对于1.5mm-301L+4mm-Q235B非等厚板组合的电阻点焊接头,断裂模式是部分拔出断裂,最终沿着熔核凝固结合线发生Q235B钢熔核部分剥离。与相同板厚组合的301L同种钢点焊接头相比,301L/Q235B点焊接头比相同熔核直径的301L同种钢点焊接头具有更高的断裂强度,并且更易出现拔出断裂失效模式,在断裂前有更大的塑性变形,所以具有较强的实用性。
李金阁[4]2012年在《Q345/2Cr13钢异种材料焊接过程有限元分析》文中研究表明本文基于焊接数值模拟专用软件SYSWELD，针对Q345/2Cr13钢异质材料焊接进行焊接温度场和应力应变场的数值模拟计算。根据焊接接头的形式，考虑焊接热过程特点建立了有限元分析模型。采用双椭球体积分布的热源模型，利用SYSWELD软件的函数功能实现热源在工件上的移动来模拟实际焊接过程中电弧在工件上的运动。采用自适应网格划分技术对几何模型进行网格划分，数值计算过程中考虑了材料的物理性能参数和力学性能参数与温度的依赖性，并充分考虑了相变潜热，SYSWELD采用比热突变法来实现焊接过程中的相变潜热。材料的高温性能参数是通过插值法实现的，模拟过程中利用间接耦合分析来实现焊接过程中的热-应力计算。计算时采用完全牛顿-拉普森迭代法实现焊接温度场和应力场的求解，通过定义熔池长度来确定计算初始时刻时间步的大小，以此来实现软件自动时间步长的计算，得到精确的数值计算结果。本文的研究内容主要有：1）采用不同的线能量对Q345/2Cr13异种钢焊接过程的温度场进行数值计算，讨论了焊接过程中温度场及应力应变场的变化规律。2）进行热-力结构耦合分析，分析了不同预热温度下焊接残余应力和变形的差别。3）采用不同的填加材料作为焊接金属，讨论了填加材料对Q345/2Cr13异种钢接头残余应力及变形的影响。4）进行焊接实测实验，测试了与焊接线距离不同的样点温度循环曲线，并与计算结果比较，以验证数值计算的准确性。计算结果表明：1）Q345/2Cr13异种钢焊接温度场和应力场关于焊接线是不对称分布的，2Cr13母材侧的残余拉应力峰值高于Q345母材侧，而应力分布范围较Q345母材侧窄。2）线能量对残余应力的大小和分布有很大影响，采用适当的线能量有利于减小Q345/2Cr13异种钢焊接残余应力和变形。3）不同的预热温度得到的温度场有很大区别，且残余应力与变形差异显着。4）填加材料对Q345/2Cr13异种钢焊接的影响亦较大。5）计算得出的热循环结果与实测热循环结果吻合良好，说明计算结果是准确、可靠的。
许新猴, 赵小强, 华鹏, 李先芬, 周伟[5]2015年在《异种钢激光-电弧焊复合焊接数值模拟》文中指出目的研究异种钢激光-GMAW复合焊接温度场以及应力场变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢和A514钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光-GMAW焊接热源模型,对异种钢激光电弧复合焊接过程进行了模拟计算,并与实验所得的焊缝形状以及焊后残余应力进行了对比。结果结果表明,异种钢激光电弧复合焊接过程焊接变形以及残余应力实验结果与数值计算结果吻合较好。结论验证了锥体加柱体热源与椭球热源的组合热源模型在异种钢激光-GMAW复合焊接温度场及应力场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下异种钢激光-GMAW复合焊接的焊缝形状和尺寸预测,提供了一种有效的途径。
陆金花[6]2016年在《45钢-40Cr钢传动轴激光焊接工艺研究》文中进行了进一步梳理汽车传动轴总成是汽车的关键零部件之一。其中,传动轴部分常采用45钢的空心管和40Cr钢实心轴焊接获得,以实现汽车传动轴的轻量化和低成本。开展45#-40Cr传动轴激光焊接工艺研究具有重要意义。采用激光焊接技术进行传动轴的焊接主要面临以下问题:不同钢材料传动轴激光焊接过程中的接头性能的不一致和管材焊缝搭接的焊接缺陷问题。针对上述问题,本文主要研究内容如下:首先,提出采用偏移激光光斑的方法来解决不同钢焊接接头性能不一致的问题。先对40Cr-45钢进行激光对接焊的激光功率和焊接速度的优化实验,再基于激光深熔焊原理及上述优化参数,进行光斑偏移影响焊接接头性能的实验研究。并对比分析焊缝成型、微观组织和力学性能。研究表明:采用偏移激光光斑的方法能较好的解决焊接接头性能一致性的问题。优化参数为激光功率4.65 kW、焊接速度0.9m·min-1、离焦量-2mm。即当激光偏向40Cr钢侧0.1mm时获得的焊缝成型较好且关于连接线对称分布;焊缝各区域显微组织和硬度均匀,且焊件的抗拉强度高于母材45钢。其次,提出实时调控焊接工艺参数的方法来解决管材焊缝搭接的焊接缺陷问题。采用45钢管材进行了管材环缝激光焊实验。选择易于控制的激光功率为变量,研究不同变激光功率下所获得焊接接头的优劣。并结合理论分析和实验结果作为参照,优化激光功率变化趋势。研究结果表明:管材焊接缺陷主要为收尾处的凹陷缺陷和焊缝前后段工件基础温度差引起的焊缝不均匀缺陷。实时调整激光功率的大小能有效解决上述问题,获得高质量的焊接接头。最后,将上述研究结果应用于实物,进行汽车传动轴的焊接。并对焊接件进行扭转性能的测试,与摩擦焊焊接件及一般激光焊接件进行对比。研究结果表明:传动轴焊接件焊缝成型质量良好,可减少后续加工工序。优化参数下激光焊接件的最大扭矩能达到4572.5 N·m,高于摩擦焊接件的4200 N·m和原激光焊件的4430.79 N·m,且扭转变形很小。证明了光斑偏移和实时变功率的方法能有效提高异种钢管材激光焊接接头性能,且激光焊接技术适用于汽车传动轴的焊接。
张建强, 李太江, 姚兵印, 刘福广, 章应霖[7]2010年在《超超临界机组奥氏体/马氏体异种钢接头蠕变数值模拟》文中研究表明采用有限元方法对超超临界火电机组中新型奥氏体耐热钢HR3C/马氏体耐热钢T91小径管焊接接头在600℃、42.26Mpa内压作用下的蠕变最大应力、VonMises等效应力、应力叁轴度和等效蠕变应变进行了数值模拟。结果表明,对于HR3C/T91异种钢接头,对于HR3C/T91异种钢接头,最大主应力峰值始终位于焊缝/T91界面附近区域,蠕变孔洞易于在焊缝/T91界面区域形成;VonMises等效应力峰值始终位于焊缝/T91界面附近区域,因而,焊缝/T91界面区域内孔洞易于扩张;应力叁轴度的峰值分别为位于HR3C和焊缝/T91界面处,且焊缝/T91界面处的应力叁轴度变化较小,数值较大;等效蠕变应变出现双峰值,最大等效蠕变应变均位于离焊缝/T91界面一定距离,界面附近区域存在蠕变拘束。焊缝/T91界面区域为接头的薄弱环节,采用应力叁轴度HR3C/T91异种钢接头界面蠕变孔洞形核、扩张及裂纹扩展特性更为准确。
胡昌文[8]2016年在《珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺优化及其接头性能研究》文中研究表明焊制压力容器是由母材和焊接接头构成的,焊接接头的使用性能从根本上决定了压力容器的质量。尤其容器设备存在异种钢焊接时,其焊接的特殊性质决定了异种钢之间的焊接工艺显得尤为重要。本文研究了珠光体钢Q245R与奥氏体钢06Cr19Ni10的焊接工艺,检测了焊接接头的组织及力学性能,分析了焊接机理。进一步研究了不同焊接方法和热处理对珠光体钢与奥氏体钢焊接接头力学性能的影响,优化了异种钢焊接工艺。在焊条电弧焊3种工艺要素条件下,首先观察分析了Q245R和06Cr19Ni10焊缝接头金相组织,即:在多层多道直进焊或多层多道摆动焊,层间温度受控条件下,焊缝中δ铁素体较细小,在靠近Q245R一侧粗晶区和细晶区有铁素体和珠光体;而在多层多道摆动焊,层间温度不受控,焊缝中δ铁素较粗大,并且其Q245R侧粗晶区和细晶区存在魏氏体。力学性能测试结果表明:在多层多道直进焊,温度受控条件下,焊缝接头的力学性能最优。其次还研究了埋弧焊2种工艺要素条件下,Q245R和06Cr19Ni10的焊接接头金相组织:焊缝中金相组织均为奥氏体和δ铁素体,Q245R侧粗晶区存在贝氏体及魏氏体;区别是采用ER308焊丝的焊缝中析出δ铁素体含量较多,而采用ER309焊丝的焊缝中析出δ铁素体含量较少。力学性能表明:前者工艺条件下,焊缝接头的抗拉强度也较小,后者焊缝接头的抗拉强度较大。通过金相也观察到,在两种焊接方法下,靠近Q245R母材侧的熔合区附近都存在一个明显的过渡层。用扫描电镜对Q245R和06Cr19Ni10焊接接头拉伸断口进行观察和分析,结果表明:在焊条电弧焊的3种工艺中,试样断口呈韧窝断裂特征;在埋弧焊的2种工艺中,采用焊丝ER309的焊缝处断口呈晶界开裂特征,该区应为焊接热裂纹,而采用焊丝ER308焊缝接头断口呈韧窝断裂特征。本文还利用焊接珠光体和奥氏体钢的焊接工艺评定试验,扩展了热处理、线能量等工艺要素对珠光体钢和奥氏体钢焊接接头力学性能影响的规律。结果表明:热处理试件焊缝HAZ的冲击功明显大于非热处理试件HAZ的冲击功;在一定范围内,大线能量试件焊缝HAZ的冲击功明显大于小线能量试件HAZ的冲击功。研究认为,焊制压力容器存在珠光体钢和奥氏体钢异种焊接接头时,用焊条电弧焊焊接时,要采用多层多道焊,层间温度控制在100℃以下,可获得综合力学性能好的焊接接头;采用埋弧焊焊接时,采用焊材ER308-HJ260,能满足产品的使用性能。
邹春红[9]2006年在《异种钢激光焊接技术研究》文中进行了进一步梳理本文以20G和20Cr2Ni4A钢为对象研究了异种钢的激光焊接。 通过激光功率、焊接速度、离焦量、保护气体流量对焊接质量影响的研究，获得了最佳工艺参数。力学性能测试研究表明：20G和20Cr2Ni4A异种钢激光焊焊接接头的抗拉强度超过20G母材，由于激光焊接属于高能密度焊接，焊接时熔池非常小，拉伸时焊缝的横向变形小，接头的其它区域变形相对大，是异种钢20G和20Cr2Ni4A钢接头抗拉试件断在母材的主要原因。同时分析了异种钢20G和20Cr2Ni4A激光焊接头的组织、硬度，焊缝区组织均是马氏体，焊缝区出现硬度最高。
王晓宇[10]2012年在《奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢异种钢焊接的碳迁移研究》文中研究指明珠光体耐热钢常被用于制造锅炉及汽轮机等在350～550℃高温下工作的设备,很多管道等外部组件是采用奥氏体不锈钢制造,因此就不可避免地涉及到两种不同种类钢材的焊接性问题。实践表明,由这两类钢组成的焊接接头在焊接和随后的高温服役过程中,碳元素常从耐热钢一侧越过焊接熔合界面向不锈钢一侧发生扩散,形成碳的扩散迁移。在耐热钢一侧由于脱碳造成软化区,而在不锈钢一侧造成硬化区,在高温热疲劳载荷下会使焊接接头断裂,影响生产安全。本文针对不锈钢和耐热钢焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分,当其有明显差别时熔合区会形成碳迁移层。利用电子显微镜对真实的焊接熔合区两侧进行微区成分分析,找出增碳层与脱碳层的具体位置关系并说明垂直于熔合线区域的组织变化规律。根据测定的碳和合金元素化学成分,计算焊缝的原始化学位梯度,并在理论上对不锈钢和耐热钢异种钢焊接碳迁移过程进行定量分析。利用热力学菲克定律将碳元素的实际浓度转换为有效浓度并对扩散过程进行计算,推导出不锈钢与耐热钢异种钢焊接碳扩散理论公式。配制新型实验焊条并在垂直与熔合线区域进行成分分析,根据碳扩散理论公式绘制理论曲线并与实际碳扩散曲线进行对比。进一步验证C、Cr、Mo、Ni这四种元素对不锈钢与耐热钢异种钢焊接碳扩散的影响。实验试图对这种碳迁移的现象进行定量的解释,并将这些结果用于焊接材料的研制和焊接工艺的制订当中。结果表明:奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢在进行异种钢焊接时的确存在碳迁移层(增碳层和脱碳层),脱碳层位于熔合区靠近耐热钢一侧且紧贴增碳层。根据有效碳浓度所推导的理论曲线与实测曲线趋势基本相同,可较为准确的模拟出碳迁移层的最大含碳量与最小含碳量。配制的实验型耐热钢焊条和实验型不锈钢焊条再次证明了理论公式的准确性,并通过金相图片和显微硬度观测出Cr元素是影响不锈钢与耐热钢异种钢焊接碳扩散的主要因素,C、Ni和Mo的影响次之。
参考文献：
[1]. 异种钢熔焊过程的数值模拟[D]. 张春平. 合肥工业大学. 2003
[2]. 履带式起重机臂架用BG770QL+20Mn2异种钢焊接研究[D]. 李梦轩. 中国矿业大学. 2016
[3]. 301L/Q235B异种钢电阻点焊数值仿真及试验研究[D]. 吕盎然. 北京交通大学. 2018
[4]. Q345/2Cr13钢异种材料焊接过程有限元分析[D]. 李金阁. 重庆大学. 2012
[5]. 异种钢激光-电弧焊复合焊接数值模拟[J]. 许新猴, 赵小强, 华鹏, 李先芬, 周伟. 精密成形工程. 2015
[6]. 45钢-40Cr钢传动轴激光焊接工艺研究[D]. 陆金花. 温州大学. 2016
[7]. 超超临界机组奥氏体/马氏体异种钢接头蠕变数值模拟[C]. 张建强, 李太江, 姚兵印, 刘福广, 章应霖. 第十五次全国焊接学术会议论文集. 2010
[8]. 珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺优化及其接头性能研究[D]. 胡昌文. 河南科技大学. 2016
[9]. 异种钢激光焊接技术研究[D]. 邹春红. 长春理工大学. 2006
[10]. 奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢异种钢焊接的碳迁移研究[D]. 王晓宇. 沈阳工业大学. 2012
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