a514钢激光焊焊缝应力模拟文献综述

《a514钢激光焊焊缝应力模拟文献综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、A514钢激光焊焊缝应力模拟文献综述1、前言激光焊接是一种高能密度、高效、精密的焊接方法,主要用于焊接精度要求高、受热影响要求小的结构和材料目前在航空航天、汽车制造、微电子、医疗等领域有广泛的应用,因而对激光焊接过程的研究也越来越受到重视。世界上第一台激光器的问世到现在已经有50年的历史，千瓦级CO2激光器的诞生带动了激光焊接的突破性进展,至今也已将近40年.几十年来,激光焊接已越来越显示出其高质量、高精度、低变形、高效率、高柔性等显著优越性，为越来越多的工业部门所应用并被更深入的研究。但是在所有的激光加工方法中，激光焊

2、接的物理过程最复杂，焊接过程中存在光致等离子体，小孔效应等极其不稳定的因素；它对焊件的准备、光学系统的状态、焊接参数的选择和控制等方面的要求都很高，稍有疏忽就会产生焊接缺陷。所以在高速的激光焊接中如何保证过程的稳定性和质量的稳定性，成为进一步发展和推广应用激光焊接技术的关键。因而对激光焊接质量的实时检测和控制有迫切的需要，已成为国内外的研究热点。十余年来，在这方面的研究已取得了明显的进展。【1】激光焊接是一个快速、不均匀的热循环过程,焊缝区域的温度梯度特别大,显著影响焊接结构的焊后变形和残余应力分布。数值模拟技术是20世

3、纪70年代以后用于研究激光焊接过程的重要方法,其主要工作在于对激光热源的准确建模。激光深熔焊的本质特征是存在匙孔效应,焊接后熔池呈钉头形。国内外学者针对激光焊的匙孔效应做了大量数值研究工作,建立了各种描述激光热源的模型,包括二维移动线热源模型,高斯分布的表面热源模型,点线组合移动热源模型,锥形热源模型,移动圆柱体热源模型,面体组合热源模型等,使得激光焊接热过程的模拟越来越接近实际过程。在此基础上,激光焊接残余应力、变形和流场等方面的模拟工作也陆续开展。【2】2、A514钢的概述1.A514钢分类所谓A514钢板，即AST

4、M-A514“焊接用低合金高强度调质钢板”。分局钢板的厚度及其工艺要求，规定了各种不同的化学成分，分成不同的级别。钢板热轧后在900C的温度下进行水冷或油冷淬火，然后在不低于620C的温度下进行回火，其机械性能应达到表1的固定。当用横向试样试验时，其延伸率允许降低2%，断面收缩率允许降低5%。【3】1.A514钢化学成分和性能要求【3】2.A514钢焊接性能分析美国进口的A514钢属于低合金高强钢，焊接的主要问题是容易产生裂纹，其次是热影响区性能发生变化。由于A514钢含有多种合金元素，所以钢的淬硬性倾向大，容易在热影响

5、区产生大量脆硬的马氏体导致焊接接头严重脆化，严重降低焊接接头的韧性与塑形，增大了焊接接头的冷裂倾向。为了提高抗裂性，应尽量降低焊接接头的含氢量，并采用焊前预热和焊后及时热处理。另外，A514钢宜采用小线能量进行焊接，这有利于减少粗晶热影响区的高温停留时间，降低奥氏体的过热长晶和稳定性，从而降低热影响区的脆化程度。从A514钢的焊接CCT曲线图（如下图1）可以看出，当以曲线R2的速度进行连续冷却时，焊接接头的组织为76%的珠光体+20%的贝氏体+4%的马氏体与残余的奥氏体，HV为250；而当以曲线R5的速度进行连续冷却时，

6、焊接接头的组织为5%的贝氏体+95%的马氏体与残余的奥氏体，HV为396.所以在保证焊接接头强度的前提下，适当地增加后热温度及保温时间，可以有效地改善焊接接头的组织，减少马氏体的生成，增加贝氏体、珠光体的含量，提高焊接接头的韧性与塑性。【4】1.材料分析ASTMA514Gr．Q属于高屈服强度、调质合金钢，具有很高的屈服强度和抗拉强度、良好的缺口韧性及耐腐蚀性。该钢在满足强度要求且不提高C含量的前提下，可通过适量增加Cr，Mo，V，Cu等元素改善其淬透性和抗回火软化的倾向。通过化学成分分析及模拟试验发现，该钢在焊接时容易出

7、现裂纹或韧性下降的现象。4.1冷裂纹（1）按照国际焊接学会推荐的碳当量公式CEN=W（C）+1/6w（Mn）+1/5{W（Cr)+W（Mo)+W（V）}+1/15{W（Ni)+W(Cu)},(%)，计算，该钢的平均碳当量达0.78%，表明其焊接热影响区淬硬倾向较大，有较强的冷裂纹敏感性。一方面，该钢淬硬之后产生脆硬的马氏体组织，从金属的强度理论可知，马氏体是一种粗大晶粒的脆性组织，断裂时总是消耗较低的能量，因此，焊接接头中有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。另一方面，该钢淬硬倾向增大，导致位错密度大幅增加，相当于增加了许

8、多先天性的裂纹源，在应力的作用下不断扩展，最终形成宏观裂纹。（2）氢也是引起焊接冷裂纹的主要因素之一，并且具有延迟性，尤其是残余扩散氢的影响，即在较低温度下（Ms点以下）才具有致裂作用的氢的影响。焊缝中氢的浓度达到一定值后，在应力的作用下就会产生裂纹。一般情况下，氢致裂纹出现在热影响区，但是焊接超高强钢时，由于焊缝的