基于ANSYS的高强钢厚板对接焊缝热裂纹成因分析

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1、No．4《大型铸锻件》July2010HEAVYCASTINGANDFORGING基于ANSYS的高强钢厚板对接焊缝热裂纹成因分析董达善贾晓帅梅潇(上海海事大学物流工程学院，上海200135)摘要:利用ANSYS的APDL参数化设计语言，以节点方式建立模型，对实际生产中JFE-HITEN780S高强钢CO2气体保护焊的三维焊接温度场和应力场进行了数值模拟。模型实现了对实际生产中JFE-HITEN780S高强钢36mm厚板的13层、29道实体焊接工艺过程进行的仿真，在仿真和理论基础上对焊接热裂纹的成因和防止

2、措施进行了分析。关键词:ANSYS;高强钢;厚板;对接焊中图分类号:O411．3文献标识码:BAnalysisfortheHotCrackingofThickPlateofJEF-HITEN780SHighStrengthSteelinMulti-layerWeldingSimulationBasedonANSYSDongDashan，JiaXiaoshuai，MeiXiaoAbstract:BasedontheANSYSParametricDesignLanguage(APDL)，buildthemod

3、elsbynodes，whichcanshowthethree-dimensionalweldingtemperaturefieldandstressfieldoftheweldingprocessofJFE-HITEN780Shigh-strengthsteelwithCO2gasshieldedarcweldingbythenumericalsimulation．Withthemodels，thispaperhassimula-tedtheactualweldingprocessofthickplat

4、eofJFE-HITEN780Shigh-strengthsteel，andanalyzedthecausesandpre-ventionmeasuresofthehotcrackingduringwelding．Keywords:ANSYS;high-strengthsteel;thickplate;buttwelding焊接是一个包括热力耦合、热流耦合以及热1三维有限元模型的建立冶金耦合的复杂过程，焊接热作用贯穿整个焊接结构的制造过程中，焊接热过程直接决定了接头根据热传导数学模型，对JFE-HITEN

5、780S材的显微组织、焊接应力与变形。随着计算机技术料进行了分析计算。图1为两块700mm×200和有限元方法的快速发展，采用有限元法通过计mm×36mm板的非等速对接焊接过程，焊缝由算机对焊接区拘束应力的瞬时分布进行了研究，13层焊层和29道焊道组成。同时结合裂纹和组织观察来进行全面分析，可以焊接过程是个热力耦合的过程，在热弹塑性深入研究各种因素对焊接裂纹起裂和扩展的影分析的过程中，既需要计算温度场，又需要计算应响。力应变场。计算时采用了建立在子步级别上的间本研究通过ANSYS有限元分析软件，利用其接耦

6、合方式，通过热分析单元SOLID70获得各载热耦合、结构耦合及瞬态、非线性分析功能，采用荷步下的温度场，然后将求得的节点温度作为体高斯热源模型，对高强钢CO2气体保护焊的三维载荷施加在结构应力分析SOLID45单元中从而焊接温度场和应力场进行了数值模拟。模型实现获得应力应变场。了对流、热源载荷的影响，应用单元生死，真实模焊接是一个温度随着空间和时间急剧变化的拟了36mm厚板13层、29道焊的工艺过程，在理过程，温度梯度很大，因此单元建立时将板分割成论和仿真基础上对焊接热裂纹进行了分析，并对三部分:焊缝区、

7、近缝区和远缝区。对不同的区域焊接热裂纹的消除和防止进行了仿真分析。网格划分的大小不同，焊缝区和近缝区较密，远缝区较疏，即保证了计算的精度，又大幅度减少了单收稿日期:2010—04—26项目支撑:国家科技支撑计划项目———7500t海上起重装备浮吊元的数量。关键技术研究。作者简介:贾晓帅，上海海事大学物流工程学院机械设计及理论2材料的化学成分专业在读研究生，研究方向为低合金高强钢可焊性研究。母材和焊材的化学成分分别见表1和表2。10《大型铸锻件》No．4HEAVYCASTINGANDFORGINGJuly2

8、010注:ri为实际焊接中焊缝上各焊道所在的焊接半径图1焊接方式和焊缝的构形Figure1Theweldingmethodandweldconfiguration表1母材的化学成分(质量分数，%)Table1Thechemicalcompositionofbasemetal(massfraction，%)材料CMnSiSPNiMoVCrTiBNbCeqHITEN780S0．221．530．300．0030．0160．020．0