坡口形状对Monel400合金厚板焊接残余应力影响的研究.pdf

总第158期 2015年第6期 山西冶金 SHANXI METALLURGY Total 158 No．6，2015 _声 霉 蹬研宠 I ～ DOI：10．165250．cnki．cn14-1167／ff．2015．06．09 坡口形状对Monel400合金厚板焊接 残余应力影响的研究 高颜萌 (山西大同大学煤炭工程学院， 山西大同037003) 摘要：利用visual—mesh软件，建立了两种不同坡口形式下的20mm厚Monel400合金板对接接头二维有限元 网格模型；以SYSWELD软件为平台，利用平均热循环曲线法对两种坡口形式下的多道焊焊接过程进行了数值 模拟，得出了两种坡口形式下接头的温度场分布、残余应力分布、残余变形分布等结果。结果表明，对称型x型 坡口的等效应力值、横向残余应力值及残余变形量均小于非对称型x型坡口。 关键词：SYSWELD多层多道焊数值模拟残余应力 中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1 672—1 1 52(201 5)06—0025—04 焊接残余应力是在焊接过程中不均匀温度场的 作用下产生的，对焊接结构的承载能力和服役寿命 会产生十分重要的影响，较大的残余应力不仅引起 焊接结构件的变形，甚至导致构件的开裂而引起报 废[1]，因此有关这一问题的研究具有非常重要的实 际工程价值。近年来，利用有限元数值模拟来研究焊 接构件残余应力的分布得到了极大的推广及应用， 不仅节约了成本，降低了劳动强度，更为实际生产提 供了十分有价值的研究结果。 影响焊接残余应力分布及大小的因素有很多， 其中焊接工艺尤为重要。在厚板焊接过程中，坡口形 状的选择不仅影响到施焊过程的难易程度，对构件 残余应力及变形的大小也会产生较大的影响，因此， 本文以20 mm厚Monel400合金板对接接头为研究 对象，利用焊接有限元数值模拟软件SYSWELD，模 拟对比了两种坡口形式下接头残余应力及变形的分 布状况，通过对模拟结果的分析及评价，为实际焊接 过程中坡口形式的选择及焊接工艺的优化提供一定 的数据基础。 1模型的创建 1．1焊接工艺的制定 本文针对两块规格为200 mm X 100 mm×20 mm的Monel400合金厚板对接进行有限元数值模 拟。Monel400属于镍基耐蚀合金，经查阅相关焊接 收稿日期：2015-10-09 作者简介：高颜萌(1986一)，女，硕士，助教，研究方向：现代材 料加工。 手册并分析后决定，采用TIG焊，焊接电流为100 A，焊接电压为16V，焊接速度为4．5 mm／s。对于2O mm厚板，可开设x型坡口[2]，本次模拟的目的是研 究坡口形状对残余应力的影响，因此设计两种坡口 形式，如图1所示，经计算对称型x型坡口需上下 各三层六道焊缝，非对称型x型坡口需上面四层十 道焊缝，下面两层三道焊缝。 0 ， I 1-1对称型X型坡口 。 ． I 1-2非对称型X型坡口 图1 坡口形状(mm) 1．2有限元网格模型的建立 平板对接时，焊接残余应力及变形主要集中在 垂直焊缝方向，而在平行于焊缝方向的应力及变形 都较小，因此为了简化模型，减小有限元模拟时的计 算量，在利用SYSWELD软件模拟厚板焊接时，可利 用二维截面网格模型来代替接头的三维模型。利用 Visual mesh软件所创建的两种坡口形式接头的二维 网格模型如下页图2所示。焊接时，由于温度及应力 的变化主要集中在焊缝及近缝区，因此在划分网格