SUS430鐵素體不銹鋼激光焊接熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于激光焊接具有多參數(shù)影響、反應(yīng)迅速、物化反應(yīng)復(fù)雜等的特點(diǎn),所以通過采用大量的試驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)而制定激光焊接工藝不經(jīng)濟(jì),難以適應(yīng)工程實(shí)際的需要。通過采用數(shù)值模擬的方法,建立符合實(shí)際的有限元模型去模擬激光焊接過程,可以大大降低試驗(yàn)成本、縮短試驗(yàn)周期、提高效率,對(duì)后期相關(guān)的工藝制定具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文中,采用大型有限元軟件ANSYS的APDL語言對(duì)SUS430鐵素體不銹鋼激光焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力場(chǎng)的產(chǎn)生和分布規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬

2、。采用熱電偶測(cè)溫法測(cè)試了SUS430鐵素體不銹鋼激光焊的溫度場(chǎng)分布,應(yīng)用小孔法測(cè)試了其殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。
　　針對(duì)激光焊接深熔焊的傳熱機(jī)理,結(jié)合實(shí)際薄板焊接過程中焊縫形態(tài),建立了深度方向呈指數(shù)衰減高斯圓柱熱源模型。該熱源模型考慮了材料表面吸收系數(shù)N和材料內(nèi)部吸收系數(shù)S兩個(gè)特征參數(shù),其中,N綜合考慮了金屬材料表面對(duì)激光的反射作用和金屬材料上方的等離子體對(duì)激光的散射和吸收作用;S考慮了朗伯定律中材料對(duì)激光的線性吸收系數(shù),受激光波長(zhǎng)

3、、材料內(nèi)部的等離子體的密度、溫度影響較大。
　　在激光焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬中,針對(duì)SUS430鐵素體不銹鋼的熱物理性能參數(shù)不全,特別是半熔化態(tài)及熔化態(tài)的熱物理性能,本文采用相似材料類推法,并對(duì)高溫時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、屈服強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等進(jìn)行了大量試算,得到了在一定范圍內(nèi)激光焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。此外,在對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),還計(jì)算對(duì)比分析了熱焓法、等價(jià)比熱容法、不考慮相變?nèi)N情況下的溫度場(chǎng)分布情況;邊界換熱

4、條件主要考慮了自然對(duì)流、熱輻射,并考慮了溫度對(duì)輻射公式中的輻射系數(shù)ε的影響。
　　在激光功率1620W、焊接速度5mm/s時(shí),通過對(duì)比數(shù)值模擬所得的溫度場(chǎng)和熱電偶測(cè)溫法測(cè)試所得的熱循環(huán)曲線分布規(guī)律,兩者的最高溫差相差10℃以內(nèi),冷卻15s之后的溫差相差50℃,升溫速率和冷卻速率誤差控制在10％之內(nèi),從而驗(yàn)證了溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的相對(duì)正確性。此外,通過對(duì)比該工藝條件下的數(shù)值模擬所得的應(yīng)力場(chǎng)和利用小孔法所測(cè)的殘余應(yīng)力分布規(guī)律,縱向殘余應(yīng)力