低碳鋼薄板焊接變形的數(shù)值模擬.pdf

1、在交通運(yùn)輸行業(yè)，采用薄板鋼結(jié)構(gòu)和輕量化合金材料來(lái)提高耗燃率以達(dá)到減重和節(jié)能的目的已成為一種必然的趨勢(shì)。而熔化焊焊接技術(shù)作為一種高效的連接方式，已廣泛應(yīng)用與汽車(chē)、船舶等行業(yè)。然而，采用傳統(tǒng)的焊接方式，如熔化極氣體保護(hù)焊、手工電弧焊等，來(lái)焊接薄板結(jié)構(gòu)時(shí)，由于薄板接頭剛度較低，在局部熱作用下通常會(huì)產(chǎn)生較大的焊接變形，這是生產(chǎn)中常見(jiàn)的問(wèn)題。焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)尺寸的精準(zhǔn)和外形美觀(guān)，而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，也給裝配過(guò)程帶來(lái)障礙，后續(xù)的矯正工

2、序也會(huì)增加生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期，有時(shí)也很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，如何控制和減小變形具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文基于ABAQUS有限元分析軟件建立了同時(shí)考慮材料非線(xiàn)性與幾何非線(xiàn)性的熱-彈-塑性有限元方法來(lái)模擬了低碳鋼薄板的焊接溫度場(chǎng)和變形。同時(shí)采用弧焊機(jī)器人進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，并采用高精度的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量了焊接變形。所測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了本文所開(kāi)發(fā)的數(shù)值計(jì)算方法的有效性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，闡明了大變形理論和小變形理

3、論對(duì)薄板接頭焊接變形模擬過(guò)程中的差異，澄清了外部拘束及拘束位置對(duì)焊接變形的影響，定量地比較了激光焊和CO2氣體保護(hù)焊低碳鋼薄板接頭的焊接變形及殘余應(yīng)力分布。最后，利用所開(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)了車(chē)門(mén)的焊接變形。
　　研究結(jié)果表明：對(duì)于低碳鋼薄板焊接接頭，在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生明顯的幾何非線(xiàn)性現(xiàn)象，必須采用大變形理論才能獲得較高精度的焊接變形結(jié)果；外部拘束對(duì)控制薄板接頭的面外變形有效果，在本研究范圍內(nèi)外部拘束位置對(duì)薄板接頭面外變形的影響似

4、乎不十分明顯。本文比較了CO2氣體保護(hù)焊和激光焊的焊接變形，結(jié)果表明激光焊可以顯著降低薄板接頭的焊接變形。本文對(duì)CMT冷金屬過(guò)渡的焊接焊接過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明采用CMT焊接工藝相對(duì)與CO2焊接方法而言前者能更有效地保護(hù)鍍鋅鋼板表面的鍍鋅層，同時(shí)，由于CMT焊接的熱輸入小，能有效地減小焊接變形。此外，本文還嘗試了利用所開(kāi)發(fā)的熱-彈-塑性有限元方法模擬某公司的汽車(chē)車(chē)門(mén)焊接變形，取得的初步研究結(jié)果表明焊接數(shù)值模擬技術(shù)有助于分析和控制汽