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1、焊縫匹配影響焊接殘余應力的研究
2、第1內容加載中...林德超 史耀武［摘要］ 采用有限元法對相同溫度場的焊縫與母材強度和線膨脹系數匹配影響焊接殘余應力的規(guī)律進行了數值模擬。計算結果表明：等強等脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余拉應力水平高達母材的屈服強度，等強低脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余應力水平低于母材屈服強度，等強高脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余應力水平還與焊縫應變硬化指數有關。測試結果也證實了部分計算結果。［關鍵詞］ 有限元法；強度匹配；線膨脹系數匹配；焊接殘余應力［中圖分類號］TG441.3?。畚墨I標識碼］A ［］1001-4381(1999)06-0024-03S
3、tudyoftheInfluenceonis-matchingaboutthefg.Tech.Res.Institute,Beijing100024,China)SHIYao-alexpansioncoefficient(TEC)mis-matchingbetetalandtheparentmetalonthedistributionofulatedbyusingthemethodofthermalelasto-plasticfiniteelementanalysisinthispaper.Resultsoftheputationunderthe
4、sameperaturefieldshoatchedjoints,loatchedandTECundermatchedjoints.ItalsohassomethingtodoetalinthestrengthevenmatchedandTECovermatchedjoints.Theexperimentalresultsoftheresidualstresshaveverifiedsomeputationalresults.Keyent;strengthmis-matching;expansioncoefficientmis-matching;
5、m×300mm×6mm的平板，焊縫位于平板中心，材料為低碳鋼。考慮到幾何對稱性以及采用高速移動熱源作為焊接熱源，本文僅取1／4進行計算。計算條件和材料參數與文獻［4］相同?！ 榱私沂竞缚p與母材強度和線膨脹系數匹配對焊接殘余應力的影響規(guī)律，假定焊縫與母材的其它性能參數相同(低碳鋼母材屈服強度約250MPa，線膨脹系數為1.2×10-5/℃)，通過調整焊縫的強度和線膨脹系數可實現焊接接頭等強低脹、等強等脹、等強高脹、低強等脹和高強等脹等匹配。2 計算結果及討論2.1 等強等脹匹配焊接殘余應力的分布 在焊縫與母材等強等脹匹配時，比如σsPa，αPa
6、)和等脹高強(σSPa)匹配的焊接動態(tài)應力分布。比較圖1和圖2a，b可知，在焊縫冷卻初期，無論低強、等強或高強匹配，由于熔化金屬不能承受載荷，因而焊縫區(qū)應力均為0值，且板內應力分布基本相同。由于焊縫和母材的熱脹冷縮程度與等強等脹匹配相同，因此隨著焊縫的冷卻，焊縫區(qū)的殘余拉應力也總是能達到焊縫屈服強度，這樣低強焊縫的殘余拉應力水平較低，高強焊縫的殘余拉應力水平較高。圖1 等強等脹匹配時焊接動態(tài)應力分布Fig.1 Theatchedjoint(a)低強匹配，σsPa (b)高強匹配，σsPa圖2 等脹匹配下焊接動態(tài)應力分布Fig.2 The
7、atchedjoint2.3 等強匹配下線膨脹系數匹配對焊接殘余應力的影響 采用強度較低的母材(如σsP=250MPa)，等強等脹匹配時焊縫中心縱向殘余應力σx能達到母材屈服強度。進一步的計算表明，焊縫中心σx值與焊縫線膨脹系數αm×300mm×6mm(長×寬×厚)，焊前磨削上下兩表面后在其中線上刨出一個寬8mm深4.5mm的U形坡口，并在600℃下保溫2h以消除加工過程中產生的殘余應力。焊條經350℃烘干1h，隨烘隨用。焊接規(guī)范采用表1所示參數，以保證一次焊透并得到寬度為10mm的焊縫。焊完后用手動砂輪和砂布去掉焊縫堆高，使焊縫與母材平整。采
8、用盲孔法［8］測試焊接殘余應力。測試時，先在被測部位貼上電阻應變花，然后按照ASTM標準E837-85在應變花中心打出規(guī)定的小孔，以釋放焊接殘余應力并產生相應的應變，再由應變儀將釋放的應變量進行測量和記錄。根據釋放應變量即可算出殘余應力值，計算中采用了分級修正并考慮了加工塑性應變。所用儀器設備有：靜態(tài)電阻應變儀、專用鉆孔裝置、特制箔式應變花(應變花的型號為BE-120-2CA)和粘貼劑HJ-61。測試結果如圖4所示。由圖可知，對于低碳鋼母材，焊縫中心的縱向殘余應力水平總能達到焊縫屈服強度σseters焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/mm/s焊條
9、直徑/mm130123.0€€φ4圖4 焊接殘余應力σx盲孔法測試結果Fig.4 Theethod 比較圖1、圖2和圖4可知，本文的部
