奥氏体不锈钢薄板焊接纵向残余应力分布的数值分析

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1、奥氏体不锈钢焊接纵向残余应力分布的数值分析代雪佳，凌泽民，刘明翔（重庆大学材料科学与工程学院，重庆市，400045）摘要：以实际产品LED集鱼灯基板与灯壳的搭接接头为例，根据实际情况建立热力学耦合的三维有限元模型，运用SYSWELD焊接专业软件，对316L奥氏体不锈钢薄板在不同的焊接工艺条件下纵向残余应力分布进行数值模拟与分析。主要研究了预热温度和焊接顺序对纵向残余应力分布的影响，并与实验结果进行对比，验证了模型的准确性。结果表明：随着预热温度的增加，纵向残余应力降低；采用合理的预热温度可以有效

2、的降低316L奥氏体不锈钢纵向残余应力；焊接顺序对纵向残余应力的影响不大。关键词：预热；焊接顺序；316L奥氏体不锈钢；纵向残余应力；数值模拟中图分类号：TG457.14文献标识码：AAbstract：BasedontheoverlapjointofactualproductLEDfishlamp’sbaseplateandlampshell,three-dimensionalthermal-mechanicalfiniteelementmodelwasestablished,andweldin

3、gsoftwareofSYSWELDwasusedtosimulateandanalyzethelongitudinalresidualstressesdistributionof316Lausteniticstainlesssheetunderdifferentweldingconditions,mainlythroughchangingthepreheatingtemperatureandweldingsequence.Theexperimentwasalsocarriedoutsoasto

4、checkthemodel.Theresultsshowedthatthelongitudinalresidualstressesdecreaseswiththeincreaseofpreheatingtemperature.Appropriatepreheatingtemperaturecanreducethelongitudinalresidualstressesof316Lstainlesssteeleffectively,andthelongitudinalresidualstressi

5、snotbeingimprovedsignificantlywithweldingsequence。Keywords：preheating；weldingsequence；316Lausteniticstainless；longitudinalresidualstresses；numericalsimulation由于LED集鱼灯消耗的能量除转换为光能外，几乎都是热能，而且只能以热传导的形式传出，且散热效果不良将导致LED光源的寿命和发光性能的衰减。设计时通过封装基板解决散热的问题，在散热基板上

6、做贯通孔，使散热基板直接与海水接触，让海水在贯通孔内循环[1]，达到降温目的。基板为316L不锈钢与3003铝复合的材料，灯壳为316L奥氏体不锈钢，因为该种不锈钢具有较好的机械性能，并在海洋环境下保持较低的损耗率，是目前常用的结构材料[2]。316L奥氏体不锈钢由于导热性差和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程中可形成较大的焊接残余应力。焊接残余应力是在没有外部因素作用时，焊件中存在的自平衡的力[3]。从根本上消除焊接残余应力又是不可能的。在不便于改换耐蚀材料时，只能

7、力求从改进结构设计和加工方法着手，尽量降低焊接残余应力[4]。作者简介：代雪佳(1989-),女,河南永城人,硕士,主要从事金属材料焊接数值模拟研究;电话:15025470663;E-mail:daixuejia1016@126.com-6-残余应力对疲劳循环和疲劳裂纹的扩展有一定影响[5]，拉伸残余应力不仅是导致焊接过程中冷裂纹产生的直接根源，而且也是使用过程中疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹的诱发因素[6]，严重影响产品的质量和使用性能。预热、焊后热处理，合适的焊接顺序等均可以减小残余应力。早期的研究

8、已经发现预热能改善材料的焊接性能，是减小母材焊缝金属裂纹的有效途径之一。焊接残余应力的准确模拟可以对实际生产中工艺参数的选择和优化有直接的指导作用。在过去的20年里已经广泛开始运用有限元方法对焊接过程的温度场，应力，焊后变形进行模拟[7-8]。目前，采用数值模拟对奥氏体不锈钢焊接残余应力的分析，国内外学者已做过很多研究。O.Muránsky[9]等基于塑性理论的影响进行数值模拟预测奥氏体不锈钢焊接残余应力。邓德安，清岛祥一[10]研究了焊接顺序对奥氏体不锈钢厚板焊接残余应力分布的影响。但利用有限