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《對(duì)焊接順序?qū)ν诰驒C(jī)主平臺(tái)t型焊殘余應(yīng)力的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、2011年4月中國制造業(yè)信息化第40卷第7期焊接順序?qū)ν诰驒C(jī)主平臺(tái)T型焊殘余應(yīng)力的影響戴晴華，季鵬一，殷晨波，易迪升，吳冬，張大雨(1．三一重機(jī)股份責(zé)任公司，江蘇昆山215300)(2．南京工業(yè)大學(xué)車輛與工程機(jī)械研究所，江蘇南京210009)摘要：對(duì)液壓挖掘機(jī)主平臺(tái)底板和立板T型焊接頭的焊接溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)主平臺(tái)的模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分和工藝參數(shù)的確定，結(jié)合實(shí)際工藝提出了不同的焊接順序方案，通過計(jì)算，分析了不同方案對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力的影響，從而為實(shí)際生產(chǎn)提供了可靠的數(shù)值預(yù)測依據(jù)。關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；焊接順序
2、；殘余應(yīng)力中圖分類號(hào)：TG404文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—1616(2011)07—0034—04焊接殘余應(yīng)力場是影響構(gòu)件焊接質(zhì)量和率的最重要因素之一，采取合理的焊接工藝來改善焊接殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，對(duì)于提高焊接結(jié)構(gòu)件的使用壽命具有重要的意義，而選擇合理的焊接順序又是制定焊接工藝的關(guān)鍵所在_1J。本文應(yīng)用有限元軟件ANSh采用三維實(shí)體單元建模，運(yùn)用單元生死技術(shù)對(duì)某型液壓挖掘機(jī)主平臺(tái)底板和立干蠢T型焊接頭的溫度場和殘余應(yīng)力場進(jìn)行模擬，研究不同焊接順序?qū)Y(jié)構(gòu)件應(yīng)力場的影響，以獲得焊接接頭的三維溫度場和應(yīng)力分布規(guī)律，為
3、實(shí)際加工工藝提供參考。1有限元模型的建立1．1網(wǎng)格的劃分圖1主平臺(tái)幾何尺寸示意圖為了提高計(jì)算效率并保證計(jì)算精度，在溫度梯度變化大的焊縫及其熱影響區(qū)網(wǎng)格劃分比較密，在遠(yuǎn)離焊縫和溫度變化不明顯的區(qū)域，采用較稀疏的網(wǎng)格，整體上表現(xiàn)為由密到疏的過渡方式。挖掘機(jī)主平臺(tái)由底板和兩立板及焊縫組成，實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸較大，且為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，取實(shí)際結(jié)構(gòu)的一半建立模型并做簡化，幾何尺寸示意圖如圖1所示。圖2所示為網(wǎng)格劃分示意圖，焊縫位置分布在立板兩側(cè)，向內(nèi)45。開坡口，焊接時(shí)分2層焊，先填充焊，再蓋面焊。1．2材料特性本文模擬的焊接材料為工程機(jī)械結(jié)構(gòu)
4、件中常圖2網(wǎng)格劃分示意圖收稿日期：20110302作者簡介：戴晴華(1967一)，男，福建浦城人，三一重機(jī)股份責(zé)任公司高級(jí)工程師，主要從事高效節(jié)能技術(shù)、智能控制、計(jì)算仿真等工作。．現(xiàn)代設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù)·戴晴華季鵬殷晨波等壁堇塑墊圭魚!：：：：：：用的Q345低合金高強(qiáng)度鋼，考慮了材料的熱物理縫的先后順序：性能和力學(xué)性能隨溫度而變化。性能參數(shù)見表1。a．焊接方向A—B的順序方案。表1材料性能參數(shù)①l一2—3—4②1—3—2—4③1—2—3，4④1，2—3，4b．焊接方向+A的順序方案。⑤l一2—3—4上述中：③方案表示3
5、，4焊縫同時(shí)焊；④方案表示1，2焊縫同時(shí)焊及3，4焊縫同時(shí)焊。①，⑤方1．3熱源模型和工藝參數(shù)案焊接順序一致，焊接方向相反。熱源模型采用內(nèi)生熱源，內(nèi)生熱率等于熱源有效功率除以所作用單元的體積。計(jì)算公式為：2不同焊接順序下應(yīng)力場的模擬2．1殘余應(yīng)力場數(shù)值分析q=(I)由于上述幾種焊接順序得到的殘余應(yīng)力分布式中：q為熱輸入量；叼為電弧熱效率，取o．75E；及峰值的位置基本一致。下面僅以順序的焊接應(yīng)U為電壓；，為電流；S為焊縫截面積；為焊接速力場進(jìn)行研究。，，應(yīng)力場分布情況分別如度。圖4～圖6所示。為了保證模擬結(jié)果的一致性，在
6、不同的焊接順序方案中，每道焊縫的熱輸入保持不變。相關(guān)參數(shù)的具體設(shè)定值如下：焊接速度為18mm／s，環(huán)境溫度為20℃，構(gòu)件表面與空氣問的對(duì)流系數(shù)為30W／(m·K)。1．4焊接順序方案主平臺(tái)的底板和立板的T型焊主要有4道焊縫，焊縫示意圖如圖3所示，圖中1，2，3，4表示各道焊縫的序號(hào)。每道焊縫施加熱源的電壓電流設(shè)定參數(shù)見表2。圖4應(yīng)力場分布情況板圖3各道焊縫示意圖表2各焊縫電弧電壓、電流和焊接速度為了研究不同焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力的影Ⅱ向，結(jié)合實(shí)際工藝，對(duì)上述焊縫設(shè)計(jì)了如下幾種焊圖56應(yīng)力場分布情觀接方案，每種方案中序號(hào)的
7、位置表示焊接時(shí)每道焊362011年4月中國制造業(yè)信息化第40卷第7期從圖4、圖5、圖6可以看出，整個(gè)構(gòu)件主要表現(xiàn)為焊接殘余壓應(yīng)力，在焊縫及其附近區(qū)域最大。在底板和立板邊緣表現(xiàn)出一定的拉應(yīng)力。2．2焊接順序?qū)堄鄩簯?yīng)力峰值的影響幾種焊接順序的壓應(yīng)力峰值都出現(xiàn)在焊縫附近，這里選擇底板上下平面，在焊縫1，2之間區(qū)域的中心線方向?yàn)閼?yīng)力分析路徑，這一路徑z，Y，方向應(yīng)力變化如圖7～圖12所示。幾種焊接方案的殘余壓應(yīng)力峰值見表3。由圖7～圖12以及表3可見5種不同的焊接順序，①方案在底板上平面中心線方向，所產(chǎn)生的37，Y，z向殘余應(yīng)
8、力最小。在下平面中心線方向，圖6d應(yīng)力場分布情況①，⑤方案產(chǎn)生的z，Y，向殘余應(yīng)力差別很小，即蠱＼翟娛謦藿疊R型妊匹06O5O0505404O530O3O52O2O5鯽銣Ⅲ姍刪枷㈣。啪咖㈣㈣咖㈣㈣㈣㈣㈣咖．01o0010．2030．4o．5060708距離d／m圖7上平面z向殘余應(yīng)力不同方案的比較圖8上平面Y向殘余應(yīng)
