【摘要】：熱作模具在交變應(yīng)力下長(zhǎng)期服役,其表面容易產(chǎn)生裂紋,造成疲勞失效。小功率脈沖激光填絲焊接能改善焊接區(qū)組織,獲得良好的力學(xué)性能,在模具修復(fù)中得到廣泛應(yīng)用。激光填絲焊接能量密度高,金屬熔化和冷卻迅速,焊接區(qū)存在較大焊接殘余應(yīng)力,其拉應(yīng)力對(duì)裂紋萌生和擴(kuò)展有促進(jìn)作用,加快修復(fù)模具的失效。錘擊可降低殘余拉應(yīng)力,并可在錘擊區(qū)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,提高修復(fù)模具的使用壽命。但錘擊至今沒(méi)有形成相關(guān)工藝規(guī)范,在模具修復(fù)中的使用主要建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,限制了錘擊在模具修復(fù)中的應(yīng)用。本文通過(guò)Marc有限元軟件模擬計(jì)算并與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,分析錘擊對(duì)激光填絲焊接模具修復(fù)產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力的消除狀況;旨在為錘擊在模具修復(fù)中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持和合理的錘擊方案,推廣錘擊在模具修復(fù)消除應(yīng)力方面的應(yīng)用。本文通過(guò)建立的高斯面熱源和旋轉(zhuǎn)體熱源復(fù)合熱源模型模擬小功率脈沖激光焊接的熱傳導(dǎo)過(guò)程,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證誤差在合理范圍內(nèi),可利用此復(fù)合熱源模型模擬小功率激光填絲焊接模具修復(fù)過(guò)程。有限元模擬和實(shí)驗(yàn)表明,激光填絲模具修復(fù)在模具修復(fù)區(qū)存在較高殘余拉應(yīng)力,接近熱作模具材料的屈服強(qiáng)度,熔合區(qū)殘余應(yīng)力以拉應(yīng)力為主;實(shí)驗(yàn)表明熔合區(qū)組織以淬火馬氏體和回火馬氏體為主,組織粗大,力學(xué)性能較焊縫和母材差,裂紋容易在此處萌生和擴(kuò)展。通過(guò)構(gòu)建的錘擊力采集系統(tǒng)對(duì)錘擊力進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得普通成人利用標(biāo)準(zhǔn)1 b手錘輕擊、用較小力,中等力氣和稍大力錘擊時(shí)錘擊力的大小和變化過(guò)程,錘擊力的作用時(shí)間和峰值停留時(shí)間極短,作用時(shí)間分別為0.02 s和0.002 s,峰值分別為254 N、848 N、2096 N和4806 N。利用Marc有限元模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明,錘擊可降低模具修復(fù)中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力,當(dāng)錘擊應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),模具表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力;錘擊后模具表面等效塑性應(yīng)變較小,最大值為0.00675。錘擊通過(guò)消除模具修復(fù)區(qū)焊接殘余應(yīng)力和產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,將有效降低模具修復(fù)后使用過(guò)程中在修復(fù)區(qū)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。
[Abstract]:Low power pulsed laser wire-filling welding can improve the microstructure of the welding zone and obtain good mechanical properties. It is widely used in die repair. Laser wire-filling welding has high energy density, rapid metal melting and cooling, and large welding area. Hammering can reduce the residual tensile stress, produce residual compressive stress in the hammering zone, and improve the service life of the repairing die. However, hammering has not formed the relevant technical specifications, and the use in the repair of the die is mainly based on experience. Based on this, the application of hammering in die repair is limited. In this paper, the elimination of welding residual stress caused by hammering in laser wire-filling welding die repair is analyzed by the method of Marc finite element simulation and experiment. The purpose is to provide data support and reasonable hammering for the application of hammering in die repair. In this paper, the heat conduction process of low power pulsed laser welding is simulated by using the combined heat source model of Gaussian surface heat source and rotating body heat source. Finite element simulation and experiments show that there is a high residual tensile stress in the repair zone of the laser-filled die, which is close to the yield strength of the hot-working die material, and the residual stress in the fusion zone is mainly tensile stress. The hammering force is measured by the hammering force acquisition system. The magnitude and variation process of the hammering force are measured when ordinary adults use standard 1b hand hammer to strike lightly with small force, medium force and slightly strong hammering. The action time and peak residence time of the hammering force are very short. The results of finite element simulation and experiment show that hammering can reduce the welding residual stress produced in the repair of the die. When the hammering stress exceeds the yield strength of the material, the residual compressive stress is produced on the die surface; the equivalent plastic strain of the die surface after hammering is higher than that after hammering. The hammering can effectively reduce the fatigue crack initiation and propagation in the repair area of the die after repair by eliminating welding residual stress and generating residual compressive stress in the repair area of the die.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG76

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本文編號(hào)：2220045