在对焊接工艺进行仿真时,仅需选择相应焊接工艺,选择相应的焊接方式,输入热源、温度及其他典型工艺参数,结合DOE试样方法的比对,可优选出残余应力及变形程度最低的最优焊接顺序和参数。
焊缝分析实例
焊接残余应力的消除
焊接残余应力产生过程非常复杂且弊大于利,因此采取有效的措施来减小焊接残余应力是非常有必要的。目前,常用的消除焊接残余应力的方法有喷丸处理法、激光处理法、加载法、爆炸处理法、热处理法、锤击处理法、振动处理法、深冷处理法、超声波处理法等。
喷丸处理法
喷丸处理法是将高速弹丸流喷射到部件表面,使部件表层发生塑性变形,而形成一定厚度的强化层。强化层内形成较高的残余应力,由于部件表面压应力的存在,当部件承受载荷时可以抵消一部分张应力,从而提高部件的疲劳强度。
优缺点
喷丸处理法会使材料表面显微组织结构发生变化,受喷表面变得粗糙,尺寸增大。
激光处理法
激光处理法是通过用强脉冲激光来冲击焊件,产生的等离子体冲击波可以使焊接区域产生塑性变形,从而消除焊接残余应力。该方法可以通过精确控制激光能量、冲击区域、冲击角度和冲击次数来实现对复杂焊件的去应力处理。
优缺点
激光处理法不会损坏试样表面、对环境无污染,而且方法灵活高效,恰当地利用激光来处理焊接区域还可以提高焊件强度和疲劳寿命。但是如果处理不当,如激光不能全部覆盖焊接区域,就会造成改善疲劳性能效果不佳。
加载法
加载法分为机械拉伸法和温差拉伸法,是通过在焊件上加载拉应力来抵消焊接时产生的应力,从而消除残余应力。
优缺点
有研究表明,对于奥氏体不锈钢而言,采用机械过载拉伸的方法可以有效降低焊接残余应力峰值,并且使焊接残余应力分布更加均匀。载荷加的越高,焊接残余应力就消除的越多。
但是超过一定数值之后,残余应力消除的效果逐步减弱。加载法消除焊接残余应力的效果相对较差,如果加载不当还会引起结构的变形,而温差拉伸处理成本较高,操作比较困难。
爆炸处理法
爆炸处理法是通过覆盖特种炸药在焊缝及其附近表面,炸药爆炸产生的冲击波会使焊件产生塑性变形,与原有的残余应力的相互抵消达到消除的目的。
优缺点
在爆炸处理时,如果炸药用量不当或者炸药布置不合理就可能造成焊接件的宏观变形、消除效果不明显甚至人员伤亡等不良后果。