S355钢MAG及激光-MAG复合焊残余应力研究

发布时间：2017-11-05 16:34

本文关键词：S355钢MAG及激光-MAG复合焊残余应力研究

【摘要】：S355钢是一种低合金高强度结构钢，它被广泛应用于建筑、桥梁、压力容器、铁路、车辆等各个方面。特别是，随着高铁技术的快速发展，S355钢被大量应用于轨道客车转向架构架的制造，其焊接工艺主要采用MAG焊方法。而随着焊接技术的发展，激光-MAG复合焊技术逐渐成熟。激光-MAG复合焊具有熔深大、间隙适应能力强、焊接变形小及焊接速度快等优点,在轨道客车制造领域具有广阔的应用前景。在焊接过程中由于不均匀的热输入，，会使焊件中产生焊接残余应力。而焊接残余应力的大小、分布会对焊接构件的脆性破坏、疲劳破坏、高温蠕变开裂、应力腐蚀开裂及其他各种破坏产生重要影响。因此，分析和掌握S355钢焊接残余应力的分布规律对改善焊接工艺及确保焊接结构安全是非常必要的。本文分别对S355钢采用MAG焊和激光-MAG复合焊制备标准对接试样；采用MARC软件模拟分析了MAG焊件的温度场和应力场；采用盲孔法分别测试两种焊接方法所制备焊接试样的残余应力，并分析了焊接残余应力的分布规律及特点；探讨了影响残余应力分布的基本机制；模拟预测了不同焊接顺序和坡口类型的S355钢MAG焊平板对接焊件的残余应力。研究结果表明：MAG焊和激光-MAG复合焊件的残余应力分布规律有相似之处。最大主应力均出现在焊缝中心区域，离焊缝越远，应力值越小。沿着焊缝方向，离焊缝中心区域越远，拉应力值逐渐减小，至两侧焊件端部时，减小为零；垂直于焊缝方向，由焊缝到板件两侧，纵向应力逐渐减小至负值，即从拉应力区快速过渡到压应力区。而MAG焊和激光-MAG复合焊件的残余应力具体分布规律又具有各自的特点。 MAG焊采用不对称X型坡口，坡口两侧的线能量不同，温度场的分布也不同，其应力和变形的情况也不相同。小坡口一侧，热作用区宽度小，模拟时的纵向应力最大值为498.057MPa，而实验测得的最大值为504.62MPa；大坡口一侧，模拟时纵向应力最大值为336.284MPa，实验测得的最大值为405.58MPa。对比得出，小坡口一侧的纵向应力最大值高于大坡口一侧，而高拉应力区宽度比例大于大坡口一侧。模拟与实测结果基本符合。与MAG焊件相比，激光-MAG复合焊两侧的热源更明显不同。激光焊一侧，线能量密度大，热作用区宽度小，实验测得最大值为539.97MPa；MAG焊一侧，实验测得最大值为444.92MPa。对比得出，激光焊一侧的纵向应力最大值高于MAG焊一侧，而高拉应力区宽度比例要大于MAG焊一侧。当改变S355钢MAG焊件的焊接工艺条件，如焊接顺序、坡口形式等，焊接残余应力的大小和分布有所差异。因此，在生产实践中，利用焊接应力与变形的模拟来分析结果来制造焊接工艺、保证结构安全是一种合理、高效的方法。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG404;TG457.11

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 朱孝谦,何志刚,马咸尧,肖建中,孙大千;局部磁化法对铁磁材料残余应力的MAE测试[J];材料工程;1991年03期

2 滕文华;激光—电弧复合焊接在汽车制造中的应用[J];电焊机;2004年06期

3 王红,赵邦华;我国车辆焊接转向架研制及引进运用现状[J];甘肃科学学报;1997年01期

4 野元浩,刘克鲜;转向架结构及近期发展方向(续完)[J];国外铁道车辆;2003年02期

5 谷京晨;童莉葛;黎磊;王立;尹少武;白世武;;焊接数值模拟中热源的选用原则[J];材料导报;2014年01期

6 唐慕尧,丁士亮,孟繁森;焊接过程力学行为的数值研究方法[J];焊接学报;1988年03期

7 汪建华,陆皓;焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论[J];焊接学报;2002年03期

8 游敏,郑小玲,余海洲;关于焊接残余应力形成机制的探讨[J];焊接学报;2003年02期

9 陈芙蓉,霍立兴,张玉凤;非破坏性测量焊接残余应力方法的应用现状[J];焊接技术;2001年03期

10 蒋刚;谭明华;王伟明;何闻;;残余应力测量方法的研究现状[J];机床与液压;2007年06期