双向预置应力控制焊接变形及防止热裂纹的研究论文

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1、图书分类号：TG404U.D.C.:621.791工学硕士学位论文双向预置应力控制焊接变形及防止热裂纹研究硕士研究生：赵耀邦导师：刘雪松副教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG404U.D.C.:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYOFUSINGBIAXIALPRESTRESSINGTOCONTROLWELDINGDISTORTIONANDP

2、REVENTHOTCRACKINGCandidate：ZhaoYaobangSupervisor：Asso.Prof.LiuXuesongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：July,2007Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteo

3、fTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要焊接变形大和热裂敏感性高是铝合金薄板结构焊接加工中存在的较为严重的问题。基于焊接变形和热裂纹的产生都与焊接过程中的应力应变演变密切相关，本文从力学角度出发，首次提出双向预置应力控制焊接变形和防止热裂纹新工艺，同时解决了焊接变形和热裂纹问题。预置纵向拉应力控制焊接变形和降低焊接残余应力，与此同时预置横向压应力抵消焊缝金属固有的凝固收缩时受到的拉应变以及预置纵向拉应力对焊缝金属造成的额外拉应变，从而起到防止热裂纹的作用。采用有限元数值模拟和工艺试验相结合的研究方法，首先模拟了双向预置应

4、力下的静力学应力应变场，然后模拟了双向预置应力作用下焊接过程中的应力演变过程和焊后残余应力。模拟结果表明了双向预置应力控制焊接变形和防止热裂纹工艺的可行性，研究了预置纵向拉应力和横向压应力这两个重要参数对其作用效果的影响以及交互作用，初步揭示了其作用机理，并为工艺试验中制定合理的工艺参数提供指导。自主设计制造了双向预置应力焊接机构，在此基础上针对尺寸为300mm×200mm×2mm的LY12CZ铝合金进行了双向预置应力焊接工艺试验。试验结果表明：预置横向压应力保持0.2σs不变时，随着预置纵向拉应力的增加，焊接挠曲变形量越来越小，从常规

5、焊时的最大挠曲变形量的13mm下降到预置纵向拉应力为0.7σs时的2mm，同时焊接残余应力峰值从常规焊时的213.4MPa下降到41.6MPa；随着预置纵向拉应力的增加焊接热裂纹的倾向有增大的趋势，施加横向压应力能很好的解决预拉伸控制焊接变形中出现的热裂纹问题，在施加0.5σs预置纵向拉应力而无预置横向压应力时热裂纹率高达13.4%，而施加0.3σs预置横向压应力后基本上无宏观热裂纹的出现；预置横向压应力对焊接变形的控制也起到一定的作用，但是预置横向压应力值较小时，其作用有限；用0.6σs～0.7σs的预置纵向拉应力配合0.2σs～0.

6、3σs的预置横向拉应力时，得到了低应力、小变形且无焊接热裂纹的试件。关键词双向预置应力；焊接变形；焊接热裂纹；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWeldingdistortionandhighsusceptibilitytohotcrackingareseriousproblemsassociatedwithweldingthinplatestructuresofaluminumalloys.Consideringthatbothweldingdistortionandhotcrackingarerelativ

7、etotheevolutionofstressandstrainintheweldingprocess,anewtechnologynamedbiaxialprestressingmethodisputforwardtocontroltheweldingdistortionandpreventweldinghotcrackingfromtheviewofmechanics.Thelongitudinalprestressingisusedtocontrolweldingdistortionandreduceresidualstress;

8、atthesametimeexertingtransverseplasticcompressionstrainontheweldthroughthetransverseprestressingcounter