模拟分析不同工艺对环焊缝残余应力及变形的影响.pdf

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1、第58卷第2期2016年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01．58No．2Apr．2016模拟分析不同工艺对环焊缝残余应力及变形的影响刘长江，宫在龙(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：运用有限元数值分析方法及双椭球体热源模型，通过制定不同的工艺方案，建立简体与法兰环焊缝焊接模型，并对不同工艺方案条件下的应力场和变形场进行数值分析。结果表明：采用多道对称焊接，增加焊缝分段数，避免在刚性薄弱的缺13处起焊，都可以减少法兰的轴向翘曲变形和径向变形，降低焊后残余应力，但残余应力和法兰面径向变形的减小量并不明显。关键词：环焊缝；数值模拟；残余应力；变形分类号：T

2、G404文献标识码：A文章编号：1001—5884(2016)02-0158-03NumericalSimulationoftheInfluenceofDifferentProcesstoCircumferentialWeldResidualStressandDeformationLIUChang-jiang，GONGZai·long(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Inthispaperthroughtheusingoffiniteelementmethodanddouble—ellipsoidalheats

3、ourcemodel，differentprocessschemewasmade，thenwesetupthegirthweldweldingmodelanddidthenumericalsimulationofthestressfieldanddeformationfieldunderdifferentprocessconditions．Theresultsindicatethatadoptmulti—channelsymmetryweldingorincreaseofweldsectionnumberoravoidweldingintherigidweakgaps，allcouldre

4、ducetheaxialdirectionwarpingdeformationandtheradialdeformationoftheflange，thatalsocouldreducetheresidualstressafterwelding，buttheresidualstressandthedecreaseofflangegradialdeformationwasnotobvious．Keywords：circumferentialweld；numericalsimulafion；residualstress；deformation焊脚高为7．9mm。焊前已完成筋板的装配，点焊固定。

5、0前言焊接残余应力分布和变形问题一直是影响焊接产品质量和精度的重点问题，一直受到国内外研究学者的广泛关注。1’21。焊接残余应力及变形的预测和控制至今仍是工业生产中亟待解决的重要课题。“。近年来，越来越多的学者开始采用数值分析的方法研究残余应力及变形场的分布问题、4。⋯。虽然利用有限元数值分析方法研究该类问题已经逐渐成为一种趋势，但目前对筒体与法兰的角接环焊缝应力场和变形场研究较少。本文采用不同的工艺方案，通过有限元分析方法，建立简体与法兰环焊缝模型，研究不同焊接分段数及焊接道数等工艺方案对残余应力场变形场的影响，以期获得一定的规律指导实际生产。1模型的建立1．1简体尺寸要求内径(b359

6、4．1mm，壁厚38．1mm，高度2940mm，法兰厚度57．2mm，筒体及法兰模型如图1所示。该模型按产品尺寸进行1：1的建模，用于模拟法兰与筒体间角焊缝的焊接。O一图1简体模型的建立1．2外加约束用压板固定法兰在工作台上，防止法兰厚度方向移动。压板与法兰的接触形式如图2所示：图2压板与法兰接触形式收稿日期：2015．12．26作者简介：刘长江(1962一)，男，研究员级高级工程师，现主要从事汽轮机和燃气轮机材料研究。第2期刘长江等：模拟分析不同工艺对环焊缝残余应力及变形的影响1592工艺方案本文模拟熔化极气体保护焊(GMAW)，简体及法兰材质为Q345R，焊材选用ER50—6焊丝，焊丝

7、规格(b1．6。采用不同的工艺方案完成焊接模拟。(1)通过模拟4人和8人对称施焊，讨论不同分段对称焊接方案对变形及残余应力的影响。(2)通过模拟单道和两道施焊，讨论焊接道数对变形及残余应力的影响。3热源模型目前现行的热源模型较多，依据不同的焊接结构，单多道焊，单双面焊、焊接方法、电源特性等特点，可以选择不同的热源模型，例如高斯模型、椭球模型，双椭球模型、内热源模型、旋转高斯模型等。本文选用双椭球模型作为热源模型。A．Go