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1、焊縫匹配影響焊接殘余應(yīng)力的研究
2、第1內(nèi)容加載中...林德超 史耀武［摘要］ 采用有限元法對(duì)相同溫度場(chǎng)的焊縫與母材強(qiáng)度和線(xiàn)膨脹系數(shù)匹配影響焊接殘余應(yīng)力的規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果表明：等強(qiáng)等脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余拉應(yīng)力水平高達(dá)母材的屈服強(qiáng)度，等強(qiáng)低脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余應(yīng)力水平低于母材屈服強(qiáng)度，等強(qiáng)高脹匹配的焊縫區(qū)縱向殘余應(yīng)力水平還與焊縫應(yīng)變硬化指數(shù)有關(guān)。測(cè)試結(jié)果也證實(shí)了部分計(jì)算結(jié)果。［關(guān)鍵詞］ 有限元法；強(qiáng)度匹配；線(xiàn)膨脹系數(shù)匹配；焊接殘余應(yīng)力［中圖分類(lèi)號(hào)］TG441.3?。畚墨I(xiàn)標(biāo)識(shí)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?？紤]到幾何對(duì)稱(chēng)性以及采用高速移動(dòng)熱源作為焊接熱源，本文僅取1／4進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算條件和材料參數(shù)與文獻(xiàn)［4］相同。 為了揭示焊縫與母材強(qiáng)度和線(xiàn)膨脹系數(shù)匹配對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，假定焊縫與母材的其它性能參數(shù)相同(低碳鋼母材屈服強(qiáng)度約250MPa，線(xiàn)膨脹系數(shù)為1.2×10-5/℃)，通過(guò)調(diào)整焊縫的強(qiáng)度和線(xiàn)膨脹系數(shù)可實(shí)現(xiàn)焊接接頭等強(qiáng)低脹、等強(qiáng)等脹、等強(qiáng)高脹、低強(qiáng)等脹和高強(qiáng)等脹等匹配。2 計(jì)算結(jié)果及討論2.1 等強(qiáng)等脹匹配焊接殘余應(yīng)力的分布 在焊縫與母材等強(qiáng)等脹匹配時(shí)，比如σsPa，αPa
6、)和等脹高強(qiáng)(σSPa)匹配的焊接動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布。比較圖1和圖2a，b可知，在焊縫冷卻初期，無(wú)論低強(qiáng)、等強(qiáng)或高強(qiáng)匹配，由于熔化金屬不能承受載荷，因而焊縫區(qū)應(yīng)力均為0值，且板內(nèi)應(yīng)力分布基本相同。由于焊縫和母材的熱脹冷縮程度與等強(qiáng)等脹匹配相同，因此隨著焊縫的冷卻，焊縫區(qū)的殘余拉應(yīng)力也總是能達(dá)到焊縫屈服強(qiáng)度，這樣低強(qiáng)焊縫的殘余拉應(yīng)力水平較低，高強(qiáng)焊縫的殘余拉應(yīng)力水平較高。圖1 等強(qiáng)等脹匹配時(shí)焊接動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布Fig.1 Theatchedjoint(a)低強(qiáng)匹配，σsPa (b)高強(qiáng)匹配，σsPa圖2 等脹匹配下焊接動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布Fig.2 The
7、atchedjoint2.3 等強(qiáng)匹配下線(xiàn)膨脹系數(shù)匹配對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響 采用強(qiáng)度較低的母材(如σsP=250MPa)，等強(qiáng)等脹匹配時(shí)焊縫中心縱向殘余應(yīng)力σx能達(dá)到母材屈服強(qiáng)度。進(jìn)一步的計(jì)算表明，焊縫中心σx值與焊縫線(xiàn)膨脹系數(shù)αm×300mm×6mm(長(zhǎng)×寬×厚)，焊前磨削上下兩表面后在其中線(xiàn)上刨出一個(gè)寬8mm深4.5mm的U形坡口，并在600℃下保溫2h以消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。焊條經(jīng)350℃烘干1h，隨烘隨用。焊接規(guī)范采用表1所示參數(shù)，以保證一次焊透并得到寬度為10mm的焊縫。焊完后用手動(dòng)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(cè)試焊接殘余應(yīng)力。測(cè)試時(shí)，先在被測(cè)部位貼上電阻應(yīng)變花，然后按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)E837-85在應(yīng)變花中心打出規(guī)定的小孔，以釋放焊接殘余應(yīng)力并產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，再由應(yīng)變儀將釋放的應(yīng)變量進(jìn)行測(cè)量和記錄。根據(jù)釋放應(yīng)變量即可算出殘余應(yīng)力值，計(jì)算中采用了分級(jí)修正并考慮了加工塑性應(yīng)變。所用儀器設(shè)備有：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、專(zhuān)用鉆孔裝置、特制箔式應(yīng)變花(應(yīng)變花的型號(hào)為BE-120-2CA)和粘貼劑HJ-61。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。由圖可知，對(duì)于低碳鋼母材，焊縫中心的縱向殘余應(yīng)力水平總能達(dá)到焊縫屈服強(qiáng)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(yīng)力σx盲孔法測(cè)試結(jié)果Fig.4 Theethod 比較圖1、圖2和圖4可知，本文的部
