有关温度拉伸法消除焊接应力的数值模拟

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1、设备工艺创新第32卷2014年第1期(总第169期)温度拉伸法消除焊接应力的数值模拟杨丽吴姗姗(鞍钢集团工程技术公司辽宁福鞍重工股份有限公司鞍山114021)【摘要】课题主要研究焊接残余应力的分布规律及如何控制和消除有害残余应力。．【关键词】数值模拟焊接残余应力焊接应力场NumericalSimulationofTemperatureTensileMethodforEliminatingWeldingStressYANGLi．WUShan-shanAnshanEngineeringTechnologyCo．，Lt

2、d．；LiaoningFuanHeavyIndustryCo．，Ltd．，Anshan114021)【Abstract】Discussthedistributionlawofweldingresidualstress，andhowtocontrolandeliminateharmfu1residualstress．【Keywords]Numericalsimulation，weldingresidualstress，weldingstressfield0前言～300~C之间，为保证最高温度在此范围内，火焰速焊接残

3、余应力的存在会导致焊接结构性能的度为10mm／s，选用的丙烯(C，H6)流量0．35m3／h，氧下降，如使结构的抗疲劳、抗脆断、抗应力腐蚀的气(q)流量0．17m／h，热效率为0．362，热源加热半能力降低，构件的尺寸稳定性下降，增大压杆的失径为30mm(见图2)。稳性等。因而在一般情况下消除焊接残余应力是有益的。1温差拉伸法数值模拟的实现及操作方法温差拉伸法数值模拟同样要分析温度场和应力场的分布，在进行计算时具体流程见图1。图2有限元模型1．1前处理图1温差拉伸法计算流程在进行模拟计算时，不用重新建立模型，而是

4、采用温度场计算时的有限元模型。在有限元模型正如前面所述，运用温差拉伸法时，在焊缝两中，提前完成全部有限元网格的划分，同样，网格侧进行加热，并在一定距离进行水冷冷却。具体分为火焰加热区、热影响区和远离加热区；材料的操作工艺参数如下：热物理性能参数也不用重新输入，直接读入温度火焰加热区离焊缝90mm，加热线宽度为场计算数据即可。30mm，加热长度为板长长度即lOOmm，冷却水到1．2载荷施加火焰距离为80mm。加热点最高温度控制在280~C进行求解时，首先读人温度场计算结果，温度一37—第32卷2014年第1期(总第

5、169期)设备工艺创新场结果载荷步为冷却时的载荷步，然后进行火焰大值为200MPa，相对与加载前，纵向残余应力下降加热和水冷。火焰加热时，热源同样选f用l_1《的是高了28％，在90mm～100ram之间，和焊缝起始端一样，斯函数分布的热源模型，水冷冷却时，冷却宽度为残余应力值下降并不明显。因此，可以看出，利用姗啪瑚瑚m舳柏0整个火焰加热区和热影响区时间步长，设置为0．5。温差拉伸法消除残余应力值时，在焊缝两端残余应1-3计算结果力下降并不明显，而在焊缝中间位置，残余应力值在分析温度场计算结果时，分析了加热区沿下

6、降了28％，而且分布曲线趋于平缓。加热线方向几个节点在加热时间内的温度变化，图5是正面横向残余应力沿x轴分布比较，同温度变化曲线如图3所示。样粗曲线和细曲线代表加载前后残余应力分布。可以看出，在离焊缝起始端0~10mm内残余应力下降并不明显；而在10mm处残余应力下降较为明显，最大值可以下降10％，此处残余应力为拉应^厂＼／＼力，在lOmm—lOOmm之间，残余应力下降并不明／I_y．『}^X^

7、显，加载前后残余应力分布曲线基本重合。fIx

8、jfx、』／f]、《1lf梧5．00E+007

9、(MPa)，

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11、，‘000E+00004080l】0160200240280320360400-5．00E+007TINE1-()0E+008一1．50E+008培《鬣叵1I{；图3模拟过程中节点温度变化_二O-2．00E+0080．000．020．040．060．080．1O(m1+++++l+；+离焊缝起始端距离在分析应力场计算结果时，主要分析残余应力场的分布情况。图5正面横向残余应力沿X轴分布1．4加载前后结果比较在比较温差拉伸法加载前后计算结果时，分这说明加载前后残余应力基本没变化。因此别比较了平板正面和背面的残余应力分

12、布。具体可以看出，经过温差拉伸法加载后，正面横向残余查看了正面纵向残余应力沿x方向分布、正面横应力基本上没有变化。向残余应力沿x方向分布、背面纵向残余应力沿x图6为背面纵向残余应力沿x轴分布比较。方向分布和背面横向残余应力沿x方向分布。图4是正面纵向残余应力沿X轴分布比较，图中粗曲线为加载前纵向残余应力分布，细曲线为加载后纵向残余应力分布。从图中比较可以看出，两曲线基本形