对焊接顺序对挖掘机主平台t型焊残余应力的影响

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1、2011年4月中国制造业信息化第40卷第7期焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力的影响戴晴华，季鹏一，殷晨波，易迪升，吴冬，张大雨(1．三一重机股份责任公司，江苏昆山215300)(2．南京工业大学车辆与工程机械研究所，江苏南京210009)摘要：对液压挖掘机主平台底板和立板T型焊接头的焊接温度场和应力场进行了数值模拟，并对主平台的模型进行了网格划分和工艺参数的确定，结合实际工艺提出了不同的焊接顺序方案，通过计算，分析了不同方案对焊接结构件残余应力的影响，从而为实际生产提供了可靠的数值预测依据。关键词：数值模拟；焊接顺序

2、；残余应力中图分类号：TG404文献标识码：A文章编号：1672—1616(2011)07—0034—04焊接残余应力场是影响构件焊接质量和率的最重要因素之一，采取合理的焊接工艺来改善焊接残余应力的分布状态，对于提高焊接结构件的使用寿命具有重要的意义，而选择合理的焊接顺序又是制定焊接工艺的关键所在_1J。本文应用有限元软件ANSh采用三维实体单元建模，运用单元生死技术对某型液压挖掘机主平台底板和立干蠢T型焊接头的温度场和残余应力场进行模拟，研究不同焊接顺序对结构件应力场的影响，以获得焊接接头的三维温度场和应力分布规律，为

3、实际加工工艺提供参考。1有限元模型的建立1．1网格的划分图1主平台几何尺寸示意图为了提高计算效率并保证计算精度，在温度梯度变化大的焊缝及其热影响区网格划分比较密，在远离焊缝和温度变化不明显的区域，采用较稀疏的网格，整体上表现为由密到疏的过渡方式。挖掘机主平台由底板和两立板及焊缝组成，实际结构尺寸较大，且为对称结构，取实际结构的一半建立模型并做简化，几何尺寸示意图如图1所示。图2所示为网格划分示意图，焊缝位置分布在立板两侧，向内45。开坡口，焊接时分2层焊，先填充焊，再盖面焊。1．2材料特性本文模拟的焊接材料为工程机械结构

4、件中常图2网格划分示意图收稿日期：20110302作者简介：戴晴华(1967一)，男，福建浦城人，三一重机股份责任公司高级工程师，主要从事高效节能技术、智能控制、计算仿真等工作。．现代设计与先进制造技术·戴晴华季鹏殷晨波等壁堇塑垫圭鱼!：：：：：：用的Q345低合金高强度钢，考虑了材料的热物理缝的先后顺序：性能和力学性能随温度而变化。性能参数见表1。a．焊接方向A—B的顺序方案。表1材料性能参数①l一2—3—4②1—3—2—4③1—2—3，4④1，2—3，4b．焊接方向+A的顺序方案。⑤l一2—3—4上述中：③方案表示3

5、，4焊缝同时焊；④方案表示1，2焊缝同时焊及3，4焊缝同时焊。①，⑤方1．3热源模型和工艺参数案焊接顺序一致，焊接方向相反。热源模型采用内生热源，内生热率等于热源有效功率除以所作用单元的体积。计算公式为：2不同焊接顺序下应力场的模拟2．1残余应力场数值分析q=(I)由于上述几种焊接顺序得到的残余应力分布式中：q为热输入量；叼为电弧热效率，取o．75E；及峰值的位置基本一致。下面仅以顺序的焊接应U为电压；，为电流；S为焊缝截面积；为焊接速力场进行研究。，，应力场分布情况分别如度。图4～图6所示。为了保证模拟结果的一致性，在

6、不同的焊接顺序方案中，每道焊缝的热输入保持不变。相关参数的具体设定值如下：焊接速度为18mm／s，环境温度为20℃，构件表面与空气问的对流系数为30W／(m·K)。1．4焊接顺序方案主平台的底板和立板的T型焊主要有4道焊缝，焊缝示意图如图3所示，图中1，2，3，4表示各道焊缝的序号。每道焊缝施加热源的电压电流设定参数见表2。图4应力场分布情况板图3各道焊缝示意图表2各焊缝电弧电压、电流和焊接速度为了研究不同焊接顺序对焊接残余应力的影Ⅱ向，结合实际工艺，对上述焊缝设计了如下几种焊图56应力场分布情观接方案，每种方案中序号的

7、位置表示焊接时每道焊362011年4月中国制造业信息化第40卷第7期从图4、图5、图6可以看出，整个构件主要表现为焊接残余压应力，在焊缝及其附近区域最大。在底板和立板边缘表现出一定的拉应力。2．2焊接顺序对残余压应力峰值的影响几种焊接顺序的压应力峰值都出现在焊缝附近，这里选择底板上下平面，在焊缝1，2之间区域的中心线方向为应力分析路径，这一路径z，Y，方向应力变化如图7～图12所示。几种焊接方案的残余压应力峰值见表3。由图7～图12以及表3可见5种不同的焊接顺序，①方案在底板上平面中心线方向，所产生的37，Y，z向残余应

8、力最小。在下平面中心线方向，图6d应力场分布情况①，⑤方案产生的z，Y，向残余应力差别很小，即蛊＼翟娱謦藿叠R型妊匹06O5O0505404O530O3O52O2O5鲫铷Ⅲ姗删枷㈣。啪咖㈣㈣咖㈣㈣㈣㈣㈣咖．01o0010．2030．4o．5060708距离d／m图7上平面z向残余应力不同方案的比较图8上平面Y向残余应