高溫合金構件焊接過程溫度場和殘余變形的數值模擬.pdf

1、焊接是一個非平衡加熱和冷卻的復雜過程，焊縫區(qū)及其附近受到工件周圍的約束而不能完全自由收縮，焊后在構件中便產生殘余應力和殘余變形，使得焊接質量與結構尺寸難于得到保證。而某高溫合金構件由一個外壁帶有四條溝槽大型復雜的薄壁殼體件和與溝槽形狀相同的薄板焊接而成。由于焊縫較長且集中，采用TIG焊接方法焊后構件中殘余應力和焊后變形較大，重點考慮的底座變形量達到了2.0mm，這與設計要求變形量不大于0.8mm有較大出入。為此，本文采用有限元方法，對某

2、高溫合金構件焊接過程溫度場和殘余變形進行數值模擬研究，以獲得合理焊接工藝參數，對預測和控制高溫合金構件焊后變形具有重要的指導意義。主要研究內容及結果如下：
　　基于三維建模軟件CATIA建立了高溫合金構件的幾何模型，采用網格劃分軟件Visual Mesh對該構件進行了網格劃分，從而建立了高溫合金構件的有限元模型和搭接接頭有限元模型。同時，創(chuàng)建了高溫合金K4169熱學性能和力學性能數據庫。
　　基于搭接接頭有限元模型，采用雙橢

3、球熱源模型模擬了不同焊接速度對搭接接頭溫度場、殘余應力和焊后變形的影響。結果顯示，當其它焊接工藝參數不變時，焊縫熔池、熔合區(qū)及熱影響區(qū)的形狀隨焊接速度增大而變的淺而窄，焊縫中心各節(jié)點的峰值溫度隨焊接速度增大而降低，且高溫停留時間縮短；隨著焊接速度的增大，焊縫殘余應力先減小后增大，焊后變形逐漸減小。
　　通過上述分析焊接速度對搭接接頭焊接過程溫度場和殘余變形的影響，可獲得合理的焊接工藝參數，焊接電流I=50A，電弧電壓U=13V，焊

4、接速度v=3mm/s。
　　基于高溫合金構件的有限元模型，研究了不同焊接順序對該構件溫度場、殘余應力場及焊后殘余變形的影響。結果表明，焊接順序對焊接構件的焊后變形影響較大，采用焊接順序W4-W1-W3-W2所獲得的焊后殘余變形最小。
　　在上述焊接順序W4-W1-W3-W2工藝基礎上進行了一定的改進，即在長焊縫與變形較大處進行點焊固定和焊完上一條焊縫冷卻60s后再進行下一條焊縫焊接。改進工藝后的模擬結果顯示,總變形量為1.5