409l不锈钢管激光焊接温度场及应力应变场分析

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1、哈尔滨理T大学_T学硕：卜学位论文409L不锈钢管激光焊接温度场及应力应变场分析摘要本文采用数值模拟和试验研究相结合的方法，研究了409L不锈钢管激光焊接温度场、变形和残余应力场的产生和分布规律。数值模拟采用大型有限元分析软件Marc2005完成：采用切条法测量了焊接残余应力；利用焊缝截面金相实验验证了有限元模型的准确性。在全面分析激光深熔焊接过程的传热行为的基础上，本文提出了一种激光深熔焊接热源模型：采用一个有限深度的圆柱体热源来模拟锁孔的传热，体热源的深度由临界功率密度决定；采用面热源来模拟工件上方的等离子体云

2、。‘利用热源模型建立409L不锈钢管激光焊接温度场计算的有限元模型。在模型中考虑了对流和辐射散热、相变潜热和材料热物理性能参数随温度的变化以及液态金属的对流传热。对不同焊接工艺参数下的温度场进行计算，得到了工艺参数对温度场分布的影响。。．在温度场数值模拟的基础上，计算了409L不锈钢管对接接头的焊接应力、应交场。在计算过程中考虑网格的疏密过渡以及材料力学性能参数随温度的变化。分析了409L不锈钢管激光焊接过程的应力和变形的演变过程及分布特点，并将激光焊接残余应力与实验研究进行了对比。结果表明：409不锈钢管激光焊接

3、残余应力与TIG焊的残余应力具有相似的分布，但激光焊接纵向残余应力的分布区域窄，在焊缝和熔合线附近的残余应力与TIG焊的残余应力接近。激光焊接线能量增加，纵向残余应力拉伸区域变宽，峰值应力降低；而横向残余应力升高。关键词激光焊接；温度场；变形；数值模拟哈尔滨理工大学工学硕士学位论文AnalysisofTemperatureandStress—-StrainFieldinLaserWeldingof409LStainlessSteelTubeAbstractInthispaper，weUSethecombinednu

4、mericalsimulationandexperimentalmethodtostudythegenerationanddistributionofthetemperature、deformationandresidualstressfieldinlaserweldingof409Lstainlesssteeltube．Wecompletenumericalsimulationwithalarge·scalefiniteelementanalysissoftwareMarc2005，measuretheweldi

5、ngresidualstresswithcuttingmethod，andverifytheaccuracyofthefiniteelementmodelwiththemetallographicexperimentofweldsection．Onthebasisofacomprehensiveanalysisofdeeppenetrationlaserweldingprocesssheattransferbehavior,Weproposeaheatsourcemodelofdeeppenetrationlase

6、rweldinginthispaper：simulatetheheattransferofthekeyholewithalimiteddepthcylinderheatandthedepthofbodyheatdecidedbythecriticalpowerdensity’andsimulateplasmacloudabovetheworkpiecewithsurfaceheat．胎usetheheatsourcemodeltobuildthefiniteelementmodelof409Lstainlessst

7、eeltubetemperaturefieldinlaserwelding,considertheconvectionandradiationcooling、latentheatinphasechange、thermophysicalpropertiesofmaterialswithtemperaturechangesandthespreadofconvectiveheatintheliquidmetalinthemodel，simulatethetemperaturefieldindifferentwelding

8、parameters，andacquiretheprocessparametersontheimpactoftemperaturedistribution．Onthebasisofthenumericalsimulationofthetemperaturefield，wecalculatethestressandstrainfieldof409Lstainl