对接铝合金薄板应力模拟及焊接变形控制工装设计.doc

摘要:本文研究铝合金薄板焊后应力模拟问题，并根据模拟结果设计合理的焊接工装来达到减小焊件变形的目的，该研究对铝合金薄板焊件的质量控制有着极为重要的意义。

本文首先应用有限元分析软件，对铝合金薄板TIG焊对接过程的应力分布进行了有限元数值模拟。模拟结果表明:在焊缝及其附近区域纵向残余应力为拉应力，在远离焊缝区表现为压应力。在焊缝中心处，残余拉应力的峰值约为。焊接残余应力模拟结果与实际结果基本吻合。

根据薄板焊后变形的机理，铝合金薄板焊后残余应力的分布特征及铝合金TIG焊时常出现的缺陷，本文设计了双向预置应力的焊接工装，焊前对焊件预先施加纵向拉伸应力，通过提高焊缝在塑性状态下的延展来减小冷却时的纵向收缩变形；焊前对焊件预先施加横向挤压应力来达到减小热裂纹倾向的目的。此外，在工装设计时特别留出一个小气室来增强气体保护效果。

关键词 焊接变形 ；有限元 ；焊接应力 ；双向预置应力 ；工装设计

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究的目的和意义-1

1.2 国内外研究现状-1

1.2.1 铝合金焊接方法-1

1.2.2 薄板结构的焊接残余应力和变形-3

1.2.3 焊接应力和变形的有限元数值模拟-3

1.2.4 控制焊接应力和焊接变形的方法-4

1.3 本文主要研究内容-4

2  铝合金薄板的焊接工艺选定及变形机理分析-6

2.1 焊接工艺的选定-6

2.1.1 铝及铝合金焊接性分析-6

2.1.2 焊接方法及工艺-7

2.2 薄板变形机理分析-8

2.2.1 纵向收缩力模型-8

2.2.2 薄板构件焊后的挠度-10

2.3 本章小结-10

3 焊接残余应力的有限元数值模拟-11

3.1 有限元数值分析的简介-11

3.2 铝合金薄板焊接过程有限元数值模拟-12

3.2.1 划分网格-12

3.2.2 材料特性-13

3.2.3 焊接热量的输入参数-13

3.3 铝合金薄板焊接温度场模拟结果分析-14

3.4 铝合金薄板焊接应力场模拟结果分析-15

3.5 本章小结-16

4 焊接残余应力与变形的控制工装设计-17

4.1 焊接应力与变形调整及控制方式-17

4.2 双向预置应力调控装置的设计-18

4.2.1 纵向预拉伸法的原理和缺点分析-18

4.2.2 双向预置应力装置的设计思路与原则-18

4.3 双向预置应力法焊接工装夹具的设计-19

4.3.1 纵向拉伸应力夹具设计-19

4.3.2 横向挤压应力夹具设计-20

4.3.3 焊接夹具设计-20

4.3.4 焊接工装的总装图-21

4.4 本章小结-22

结论-23

致谢-24

参考文献-25