焊接顺序对T型接头焊接应力变形和扩散氢数值模拟的影响

发布时间：2020-06-12 18:16

【摘要】：焊接技术作为传统的机械加工工艺与连接方法,广泛的应用于汽车制造、造船和航空航天业等领域,在国民工业中占据着非常重要的地位。但焊接是涵盖热力学、金属组织相变和氢浓度扩散不均匀等因素的高度非线性加工工艺,同时焊接过程中焊缝和母材温度单元活动的差异性,不仅造成焊件焊后较大的焊接残余应力和焊接变形,更甚者影响结构的疲劳寿命。传统的经验法和解析法不仅在精度上存在误差,而且效率低下,完全不能用于指导焊接工业生产。随着计算机硬件水平的提高和有限元法的运用,从实际焊接工艺出发,完全考虑焊接力学(应力应变场)、热学(温度场)和金相学(显微状态组织)三者直接的相互耦合关系,高效精确的对焊件的残余应力、焊接变形和氢扩散进行预测分析。焊接残余应力、焊接变形和氢扩散浓度是影响结构产生裂纹的重要因素,影响焊件产生残余应力、焊接变形和氢扩散的因素众多,如力学边界条件的约束、焊缝在焊件中的位置、焊接层数和方向和焊后热处理工艺等因素,而焊件顺序对焊件残余应力、焊接变形和氢扩散浓度的影响却鲜有提及,尤其是焊接顺序对氢扩散质量分数的影响研究更是少有报告。同时,工业生产中结构较为复杂,结构的焊缝众多,合适适用的焊接顺序对焊件的残余应力、焊件变形和氢扩散浓度的减小起着举足轻重的作用,因此,如何从多方面角度和不同的研究背景精确高效分析焊件残余应力、变形和氢扩散浓度问题一直是焊接数值仿真领域的焦点问题。鉴于上述的研究背景,本文根据焊接结构传热学理论和实际焊接经验,运用直接偶合算法,以T型接头结构为研究对象,运用大型有限元分析软件ABAQUS和Fortran语言编写的Dflux热源子程序,针对左右两侧焊缝不同的热源加载工艺,开发了四种不同的焊接顺序,并编写每种焊接顺序的Dflux热源子程序,研究焊接顺序对6063铝合金材料T型接头残余应力、焊接变形的影响,结果表明:焊接顺序对T型接头等效残余应力和横向残余应力大小和分布影响不大,只对纵向残余应力的大小有一定的影响,其中方案1和方案3焊件所产生的纵向残余应力最小,方案4所产生的纵向残余应力最大;焊接顺序对T型接头焊接变形有较大的影响,其中方案2中焊件产生的变形量最大,而方案4的变形量最小,焊件变形量可以减小38%左右。由于氢扩散在传统的铝合金材料中扩散不明显,因此,以HQ130钢材料T型接头为研究对象,研究四种不同焊接顺序对氢扩散浓度的影响。结果表明:焊接顺序对扩散氢峰值浓度影响甚微,但对扩散氢的分布有着较大的影响。
【图文】：

相变,相互关系,应力,二进制文件

重庆交通大学硕士学位论文解结果都保存在.odb 二进制文件中，，以便于后处理。但.odb 二进制文件BAQUS 的专有文件，若和其他有限元分析软件进行联合仿真，需要对.odb 二文件进行转换才能被读取。.3 焊接热弹塑性有限元理论焊接是一个涉及传热、电磁和热力学行为相互耦合的金属融化、再结晶过程焊接热力学分析中，温度场、应力场和变形场，金属显微组织之间是相互影响互关联的。图 2-2 中，实线表示强相互作用，虚线表示弱相互作用，而箭头表者之间的影响。

第二章焊接过程有限元分析理论基础 TeK B D dV eTdR B C dTdV 结构单元所处在弹塑性状态，对各个单元所对应的 C 、 D ,确定和等效节点载荷，可以获取焊件总刚度矩阵 K 和总载荷向量 dF 0 得出焊接件总体结构平衡方程： K d d F eK K， e edF dF dR坏过程一般无外力的进入或流出，所以 0edF ，即 edF dR则强化准则和随动强化准则是两种常用的强化准则，用于表示材料发的随塑性应变变化的规律特征。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG404

【参考文献】