高溫合金構(gòu)件焊接過(guò)程溫度場(chǎng)和殘余變形的數(shù)值模擬.pdf

1、焊接是一個(gè)非平衡加熱和冷卻的復(fù)雜過(guò)程，焊縫區(qū)及其附近受到工件周?chē)募s束而不能完全自由收縮，焊后在構(gòu)件中便產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，使得焊接質(zhì)量與結(jié)構(gòu)尺寸難于得到保證。而某高溫合金構(gòu)件由一個(gè)外壁帶有四條溝槽大型復(fù)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(zhǎng)且集中，采用TIG焊接方法焊后構(gòu)件中殘余應(yīng)力和焊后變形較大，重點(diǎn)考慮的底座變形量達(dá)到了2.0mm，這與設(shè)計(jì)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(duì)某

2、高溫合金構(gòu)件焊接過(guò)程溫度場(chǎng)和殘余變形進(jìn)行數(shù)值模擬研究，以獲得合理焊接工藝參數(shù)，對(duì)預(yù)測(cè)和控制高溫合金構(gòu)件焊后變形具有重要的指導(dǎo)意義。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　基于三維建模軟件CATIA建立了高溫合金構(gòu)件的幾何模型，采用網(wǎng)格劃分軟件Visual Mesh對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，從而建立了高溫合金構(gòu)件的有限元模型和搭接接頭有限元模型。同時(shí)，創(chuàng)建了高溫合金K4169熱學(xué)性能和力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　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(duì)搭接接頭溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力和焊后變形的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)其它焊接工藝參數(shù)不變時(shí)，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(diǎn)的峰值溫度隨焊接速度增大而降低，且高溫停留時(shí)間縮短；隨著焊接速度的增大，焊縫殘余應(yīng)力先減小后增大，焊后變形逐漸減小。
　　通過(guò)上述分析焊接速度對(duì)搭接接頭焊接過(guò)程溫度場(chǎng)和殘余變形的影響，可獲得合理的焊接工藝參數(shù)，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(gòu)件的有限元模型，研究了不同焊接順序?qū)υ摌?gòu)件溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力場(chǎng)及焊后殘余變形的影響。結(jié)果表明，焊接順序?qū)附訕?gòu)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(chǔ)上進(jìn)行了一定的改進(jìn)，即在長(zhǎng)焊縫與變形較大處進(jìn)行點(diǎn)焊固定和焊完上一條焊縫冷卻60s后再進(jìn)行下一條焊縫焊接。改進(jìn)工藝后的模擬結(jié)果顯示,總變形量為1.5