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《对低碳钢焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响规律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、中国机械工程第""卷第""期’###年""月文章编号!"##$%"&’()’###*""%"’+#%#$低碳钢焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响规律吕涛赵海燕史耀武摘要!采用热弹塑性有限元方法,对平板对接接头中焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响进行了研究-结果表明,对于高组配接头,纵向残余应力的峰值接近焊缝金属的屈服极限,出现在焊缝中心-对于低组配接头,纵向残余应力的峰值接近母材的屈服极限,并发生在焊缝附近-随着对含有残余应力的接头施加外载,焊缝金属强度组配对纵向应力分布的影响依然存在,但残余应力的影响在减小-对承受外载的焊接接头,逐步卸除外载后,焊吕涛讲
2、师缝横截面上的残余应力将趋于降低,其分布呈现均衡-关键词!焊接接头.有限元法.残余应力.强度组配中图分类号!/0$#$文献标识码!1金属的焊接属于局部高温加热的过程-在焊接热循环中,必然引起复杂的热应力,最终导致焊接残余应力的产生-焊缝及其附近区域的纵向拉伸残余应力往往接近或者达到材料的屈服极限,这将对结构的疲劳和抗脆断性能产生影响-焊接接头是一个几何及力学性能的不均匀体-早期的研究表明,接头的力学性能不均匀性会明显地影响接头内的应力分布7",’8,但有关接头的强度组配变化对焊接残余应力分布影响的研究,却不多见-笔者应用热弹塑性有限元法对平板对接接头进行了研究-分别对
3、焊缝金属的强度组配对焊接图"含纵焊缝平板对接接头模型残余应力分布的影响,以及在外载作用下,对纵向应力动态分布的影响,进行了数值计算-结果得出表9板厚"#??的B型坡口对接接头强度组配对残余应力分布的影响规律-单面焊焊接工艺参数7&8"计算模型及计算方法装配间隙焊接电流电弧电压焊速焊丝直径)??*)1*)交流,C*)??DE*)??*9:9有限元分析模型的建立#F"5’#&4+4笔者以平板对接接头为研究对象,选取工业由于试件的几何形状及所受载荷的对称性,上制造锅炉的常用碳素钢板’#;钢作为母材-焊可仅对试件的"D$尺寸进行有限元分析,网格划缝位于平板中心线,将接头简化为
4、由焊缝金属和分见图"G-在本文的有限元计算中,选择常规四母材’种材料组成的试件-使接头沿着焊缝方向边形+结点等参元,’H’阶高斯积分点,单元类承受单向拉伸载荷,以模拟真实焊接接头的情形型为平面应力单元-在平行于焊缝的方向上单元)见图"<*-试件的几何尺寸为’=>$##??,’@均匀划分,靠近焊缝的区域网格适当加密-共划分>"6#??,焊缝宽度’A>’#??,板厚为"#了’6#个单元,+$5个结点-??-上述焊接接头可通过埋弧自动焊获得,所采9:I焊接残余应力的计算方法用的焊接工艺参数见表"-采用1JKL1D1JKL1/有限元分析软件7$8-收稿日期!"2223#"3#
5、$焊接残余应力属于热应力,将焊接热源简化为固基金项目!国万方数据家自然科学基金资助项目)42$54#64*定热源-首先,由表"给出的焊接工艺参数计算出M"’+#M低碳钢焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响规律@@吕涛赵海燕史耀武非线性瞬态焊接温度场!并生成记录各结点温度随时间变化信息的文件"其次!将上述产生的温度影响!作为温度载荷引入热弹塑性有限元计算中!来计算相应的焊接残余应力"在分析外载对焊接残余应力分布影响时!通过协调加载时间函数!在生成室温下的残余应力后!逐步施加外载"在上述分析中!认为温度场和应力场是非耦合的!并且不考虑相变过程"在温度场及应力场的计算中
6、!均考虑材料的热物理性能常数和力学性能常数随温度的变化!图#给出了#$%钢材料性能常数与温度的关系&’("图<纵向残余应力分布的等应力线图的基本特征是相似的"在板的中部!残余应力的分布较为稳定!形成一个稳定区"由于残余应力具有自平衡性!因此在靠近端部的区域内!纵向残余应力逐渐趋于零!形成一个过渡区"上述分析与文献&>(研究结果一致"在板的中心处!沿板宽方向采集纵向应力值!得到<种组配下纵向残余应力分布图"<种组配下!均是在焊缝及其近缝区!残余应力为拉应力"在远离焊缝区的残余应力为压应力!见图;"这一点与文献&3(分析的结果是一致的"但对于高.低组配的情形!则纵向残余应
7、力的分布具有明显的台阶现象"即对于高组配情形!残余拉伸应力的分布具有一个明显的上升台阶!并接近焊缝金属的屈服强度"此时!板内残余应力的峰值出现在焊缝图##$%钢的材料性能常数与温度的关系的中心处!且高于母材的屈服强度"对于低组配情形!残余拉伸应力的分布具有一个明显的下降台以焊缝金属的屈服极限)和母材的屈服极*+阶!并接近焊缝金属的屈服强度"此时!板内残余限)之比-表示材料的强度组配系数!将#种材*,应力的峰值出现在焊缝附近!并接近母材的屈服料的强度组配按低组配.等组配及高组配的顺序强度"采取表#方案"焊缝金属的其它材料性能常数与母材相同"在残余应力分
