预拉伸对船用气阀等离子堆焊残余应力影响的有限元分析
发布时间：2021-07-10 14:21
基于ABAQUS有限元分析软件模拟了大型船用气阀在有预拉伸力和无预拉伸力情况下的等离子堆焊过程,通过二次开发热源模型,建立了多个生死单元分析步,实现焊料的逐步填充,考虑了不同材料性能参数随温度的变化。结果表明:预拉伸焊接法可以有效减小焊后残余应力,当预拉伸应力σp=20%σs时,效果最明显,焊缝区残余应力降低幅度达43%,同时,整个焊接件残余应力分布更为合理,应力梯度得到大幅改善,但是,在轴向焊缝处应力不减反增现象明显。最后对产生的缺陷进行分析,得到了优化的工艺参数,模拟结果与试验结果吻合较好。
【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(08)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
有限元模型网格划分
在焊接过程中，焊缝及热影响区金属的热物性能参数在焊接热源的强烈热作用下发生剧烈的变化，因此，在数值模拟时必须考虑焊接过程中材料随温度的变化。由于高温状态下材料的热物性能参数极度匮乏，运用Jmatpro软件模拟得出不同温度下母材4Cr10Si2Mo和焊料stellite 6的热物性能参数，如图2和图3所示[8]。其中，ρ为密度(kg·m-3);E为弹性模量(×103MPa);Cρ为比热(×107MJ·kg-1·K-1);k为热导率(W·m-1·K-1);μ为泊松比(×10-2);α为热膨胀系数(×10-6℃-1)。2.3 焊接热源的处理
焊接采用等离子堆焊工艺，焊接坡口为深“U”形，焊接速度4 mm·s-1，电压32 V，电流135 A，热输入效率为75%，焊接前预热温度200℃。由于其焊缝深宽比较大，通常认为焊缝表面及厚度方向材料均接收能量输入，故应将能量输入等效为焊件表面及内部均输入热流的体积分布热源。利用Fortan语言开发双椭球热源子程序，通过生死单元技术实现焊料的逐步填充[9-10]，输入的热流密度分布为:式中:q为点(x,y,z)处的热流热度;QG为热源总功率;a、b、cf与cb为模型的形状参数，如图4所示;ff与fb分别为热源中心前后两个1/4椭球的能量分配系数[11-12],ff+fb=2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度条件对铜管/铝管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊接头微观组织的影响[J]. 高远,黄尚宇,邓凌波,冯珂,黄海川,王振东. 锻压技术. 2019(10)
[2]Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟[J]. 黄本生,陈权,杨江,刘阁,易宏雨. 焊接学报. 2019(02)
[3]5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证[J]. 李光耀,陈侣侣,耿辉辉,袁伟,崔俊佳. 塑性工程学报. 2018(03)
[4]高强铝合金薄板搅拌摩擦焊残余应力及变形的热力耦合模拟[J]. 朱智,王敏,张会杰,张骁,于涛,杨广新. 塑性工程学报. 2017(02)
[5]预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟[J]. 李敬勇,刘志鹏,王虎,陆亚明. 航空材料学报. 2008(05)
[6]预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响[J]. 李敬勇,章明明,李鹰,李建国. 热加工工艺. 2005(12)
硕士论文
[1]大型筒节热成形的热—力—组织耦合分析研究[D]. 信稳.燕山大学 2013
[2]低碳钢/低合金高强钢薄板焊接变形的数值模拟[D]. 孙岱.重庆大学 2011
本文编号：3276078
【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(08)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
有限元模型网格划分
在焊接过程中，焊缝及热影响区金属的热物性能参数在焊接热源的强烈热作用下发生剧烈的变化，因此，在数值模拟时必须考虑焊接过程中材料随温度的变化。由于高温状态下材料的热物性能参数极度匮乏，运用Jmatpro软件模拟得出不同温度下母材4Cr10Si2Mo和焊料stellite 6的热物性能参数，如图2和图3所示[8]。其中，ρ为密度(kg·m-3);E为弹性模量(×103MPa);Cρ为比热(×107MJ·kg-1·K-1);k为热导率(W·m-1·K-1);μ为泊松比(×10-2);α为热膨胀系数(×10-6℃-1)。2.3 焊接热源的处理
焊接采用等离子堆焊工艺，焊接坡口为深“U”形，焊接速度4 mm·s-1，电压32 V，电流135 A，热输入效率为75%，焊接前预热温度200℃。由于其焊缝深宽比较大，通常认为焊缝表面及厚度方向材料均接收能量输入，故应将能量输入等效为焊件表面及内部均输入热流的体积分布热源。利用Fortan语言开发双椭球热源子程序，通过生死单元技术实现焊料的逐步填充[9-10]，输入的热流密度分布为:式中:q为点(x,y,z)处的热流热度;QG为热源总功率;a、b、cf与cb为模型的形状参数，如图4所示;ff与fb分别为热源中心前后两个1/4椭球的能量分配系数[11-12],ff+fb=2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度条件对铜管/铝管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊接头微观组织的影响[J]. 高远,黄尚宇,邓凌波,冯珂,黄海川,王振东. 锻压技术. 2019(10)
[2]Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟[J]. 黄本生,陈权,杨江,刘阁,易宏雨. 焊接学报. 2019(02)
[3]5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证[J]. 李光耀,陈侣侣,耿辉辉,袁伟,崔俊佳. 塑性工程学报. 2018(03)
[4]高强铝合金薄板搅拌摩擦焊残余应力及变形的热力耦合模拟[J]. 朱智,王敏,张会杰,张骁,于涛,杨广新. 塑性工程学报. 2017(02)
[5]预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟[J]. 李敬勇,刘志鹏,王虎,陆亚明. 航空材料学报. 2008(05)
[6]预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响[J]. 李敬勇,章明明,李鹰,李建国. 热加工工艺. 2005(12)
硕士论文
[1]大型筒节热成形的热—力—组织耦合分析研究[D]. 信稳.燕山大学 2013
[2]低碳钢/低合金高强钢薄板焊接变形的数值模拟[D]. 孙岱.重庆大学 2011
本文编号：3276078
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3276078.html
教材专著
