Q460高強(qiáng)鋼多層多道焊殘余應(yīng)力數(shù)值計(jì)算.pdf

1、Q460高強(qiáng)鋼作為一種新型超細(xì)晶粒合金鋼，具有優(yōu)良的抗疲勞性能、良好的焊接性、較高的強(qiáng)度以及良好的低溫韌性等優(yōu)點(diǎn)，其厚板或厚壁焊接結(jié)構(gòu)件被大量應(yīng)用于工程機(jī)械、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。焊接過程中，由于焊件不均勻受熱，導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生，從而對(duì)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、抗疲勞性能、裂紋等產(chǎn)生重要影響，而多層多道焊時(shí)殘余應(yīng)力分布更為復(fù)雜。但目前針對(duì)Q460高強(qiáng)鋼的研究主要集中在焊接工藝、組織等方面，對(duì)其焊接殘余應(yīng)力的研究較少，從而阻礙了Q460鋼的進(jìn)一步推

2、廣應(yīng)用。本文利用數(shù)值模擬技術(shù)，通過建立適用的有限元數(shù)值分析模型對(duì)Q460鋼多層多道焊殘余應(yīng)力的分布特征進(jìn)行研究，為Q460鋼焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化提供技術(shù)支持和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程實(shí)用價(jià)值。
　　選用生產(chǎn)中常用的Q460高強(qiáng)鋼板-板對(duì)接、管-管對(duì)接以及管-板對(duì)接三種結(jié)構(gòu)件作為研究對(duì)象進(jìn)行應(yīng)力場分析。在不同焊接條件下，采用CO2氣體保護(hù)焊工藝進(jìn)行焊接試驗(yàn)，以獲得良好焊縫成形，確定最佳工藝參數(shù)，并利用小孔法對(duì)焊件表面殘余應(yīng)力

3、進(jìn)行檢測。采用基于焊縫形貌的移動(dòng)溫度熱源模型表征焊接熱輸入分布，依據(jù)熱彈塑性理論，通過ANSYS有限元分析軟件建立了Q460鋼多層多道焊三維有限元模型，對(duì)板-板對(duì)接、管-管對(duì)接和管-板角接殘余應(yīng)力進(jìn)行模擬計(jì)算，分析其殘余應(yīng)力分特征以及焊道布局對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響。
　　研究結(jié)果表明：Q460鋼板-板對(duì)接、管-管對(duì)接和管-板對(duì)接多層多道焊殘余應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，從而證明了模型的準(zhǔn)確性和適用性。對(duì)于板-板對(duì)接多層多道焊，

4、焊縫及近逢區(qū)產(chǎn)生較大的縱向殘余拉應(yīng)力，應(yīng)力峰值達(dá)466MPa，超過母材屈服強(qiáng)度；隨著離焊縫距離的增大，縱向拉應(yīng)力迅速減小。橫向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)域表現(xiàn)為較大的壓應(yīng)力，而在焊趾附近為拉應(yīng)力。當(dāng)焊道數(shù)目增加時(shí)，高應(yīng)力區(qū)域?qū)挾茸冋?duì)于管-管對(duì)接多層多道焊，除起弧、收弧處位置外，其余位置殘余應(yīng)力相近；管道外表面殘余應(yīng)力相對(duì)內(nèi)表面較小。對(duì)于管-板對(duì)接焊，管道外表面焊縫及附近區(qū)域環(huán)向應(yīng)力是拉應(yīng)力，軸向應(yīng)力是壓應(yīng)力；管道內(nèi)表面焊縫及附近區(qū)域環(huán)向應(yīng)力和