针对q345钢摩擦叠焊焊接初始阶段数值分析

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1、北京石油化工学院学报第20卷第4期Vo1．20NO．4JournalofBeijingInstituteof2012年12月Dec．2012Petro—chemicalTechnologyQ345钢摩擦叠焊焊接初始阶段数值分析*孙立强焦向东高辉周灿丰陈智。孙涛(1．北京化工大学，北京100029；2．北京石油化工学院，北京102617；3．中国石油大学，北京102249)摘要基于ABAQUS／Explicit有限元分析软件建立了Q345钢摩擦叠焊焊接同质材料的三维计算模型。采用AIEadaptivemes

2、hing技术预防网格畸变问题，分析了摩擦叠焊焊接Q345钢接头的温度场、轴向缩短量的变化。结果表明，焊接界面中心温度大约在2．0s内迅速升到1400℃左右，之后温度缓慢波动，接头温度渐趋于均匀摩擦界面处金属开始发生塑性变形并被挤出形成翻边，轴向缩短量增加。关键词摩擦叠焊；Q345钢；J—c模型；AIEadaptivemeshing中图法分类号TG404摩擦叠焊(FrictionStitchWelding，程中并没有充分考虑到摩擦不同阶段摩擦界面FSW)属于摩擦焊接技术的一种，是英国焊接间摩擦系数对仿真结果

3、的影响，同时没有对材研究所于1991年发明的一种固相连接技术。料发生塑性变形做进一步的分析，尽管模拟结焊接过程可描述为：塞棒在一定压力作用下，通果可以在温度场等方面定性地说明一些问题，过驱动设备驱动塞棒旋转，与比塞棒直径略大但是在很多方面还有待改进。一点的基块孔进行机械摩擦并使金属材料达到笔者通过Abaqus／Explicit有限元分析软塑性化状态，焊接完成后进行顶锻并保持一段件对Q345钢摩擦叠焊焊接同质接头进行热力时间，从而实现塞棒和基块的固相连接。摩擦耦合的三维数值模拟，模拟分析过程中采用材叠焊是由

4、基本单元成型过程搭接组合而成，该料力学模型为综合考虑应变、应变率、温度影响基本单元成型过程称为摩擦液柱成型过程的Johnson—Cook材料塑性模型(J—C模型)[41，(FrictionHydroPillarProcessing，FHPP)[引。J—C模型被大量用来描述金属材料在高变形速FHPP单元成型过程如图1所示。率和高温下的行为特征]，以及不同摩擦阶段采用不同的摩擦系数。通过大量的仿真计算得到了Q345钢焊接过程初期接头温度场、轴向黯缩短量的变化以及在焊接初期材料发生塑性变上上上l．工，形的趋势。

5、1Abaqus／Explicit显示有限元计图1FHPP基本单元成型过程示意图算模型1．1计算模型张宝生等嘲早期采用有限元软件MSC摩擦叠焊(FSW)基本单元成型过程中，由Marc建立了FHPP过程初期的三维有限元热于塞棒高速旋转，故采用三维模型去仿真摩擦力耦合模型，对同质材料Q235一Q235组合分析叠焊焊接过程。其模型如图2所示，基块尺寸了焊接过程中的温度及压力分布。由于仿真过直径为30mm，孑L的底面直径为11mm，孔深收稿日期：2012-05—06为5mm，塞棒直径为10mm，长度为25mm。*国

6、家自然科学基金资助项目，项目号：51109005。模型网格单元采用温度一位移耦合的六面体单北京石油化工学院学报2012年第2O卷NumericalAnalysisofFrictionStitchWeldingofSteelQ345WithinInitialStageSunLiqiangJiaoXiangdongGaoHui2ZhouCanfengChenZhi。SunTao(1．BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing100029，Chi，zⅡ：2·Bei

7、jingInstituteofPetro～chemincalTechnology，Beijing102617，Chi”“：3．ChinaUniversityo／Petroleum，Beijing102249，Chi。)AbstractAthree—dimensionalfiniteelementmodelofFrictionStitchWelding(FSW)ofsimilarJomblSdevelopedbasedontheABAQUS／Explicitsoftware．TheALEadaptiveme

8、shinginABAQUSwereemployedtOcopewiththeelementdistortion．Thetemperatureandaxia1shortenngwereinvestigatedinfrictionhydropillarprocessing．Theresultsshowthattheinterlacemperaturereachesupto1400oCquicklywithin2．0s．Aftert