發(fā)布時(shí)間：2021-11-28 02:16

　　本工作利用SYSWELD有限元軟件,建立了電弧熔絲單層單道積材三維模型,采用雙橢球熱源對(duì)熔絲積材過程的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真模擬,分析揭示了工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,。結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),采用較低的線能量和熔絲積材速度、高預(yù)熱溫度,能有效降低殘余應(yīng)力。基于ABAQUS軟件,將熔絲積材后的殘余應(yīng)力導(dǎo)入錘擊模型中,模擬分析發(fā)現(xiàn),錘擊過程中材料產(chǎn)生的變形達(dá)到最大值后會(huì)發(fā)生微小的彈性回復(fù),最后形成塑性接觸變形。錘擊后,焊縫及熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力極大減小,錘擊表面一定深度范圍內(nèi)的殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。最后通過錘擊試驗(yàn),驗(yàn)證了錘擊法能有效降低熔絲積材部位的殘余應(yīng)力,將一定深度范圍內(nèi)局部殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(14)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

電弧熔絲單層單道積材三維實(shí)體模型圖

本工作采用的熔絲積材的母材材料為Q345,熔絲材料為X20Cr13,兩種材料的相關(guān)熱物理性能參數(shù)詳見表1和表2。表1 不同溫度下Q345材料的熱物理性能參數(shù)Table 1 The physical property parameters of Q345 with temperature changing 溫度/℃ 密度/(kg/m3) 比熱/[J/(kg·℃)] 導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·℃)) 熱膨脹系數(shù)/(1/℃) 泊松比 彈性模量/MPa 屈服應(yīng)力/MPa 20 7 815 430 50 1.10×10-5 0.3 2.11×10-5 345 200 7 815 550 45 1.25×10-5 0.3 2.00×10-5 258 500 7 815 650 38 1.39×10-5 0.3 1.75×10-5 187 1 000 7 815 565 30 1.34×10-5 0.3 1.50×10-4 30 1 500 7 815 630 32 1.33×10-5 0.3 1.00×10-3 5 2 000 7 815 685 31 1.32×10-5 0.3 1.00×10-3 1

圖3為不同預(yù)熱溫度下積材的橫向殘余應(yīng)力的分布云圖,由圖可知?dú)堄鄳?yīng)力與預(yù)熱溫度呈負(fù)相關(guān)。不預(yù)熱情況下,最大橫向殘余拉應(yīng)力為559.07 MPa,隨著預(yù)熱溫度升高到300 ℃時(shí),最大橫向殘余拉應(yīng)力下降到451.62 MPa,降低幅度達(dá)19.22%,但預(yù)熱溫度的升高會(huì)減弱其減小橫向殘余拉應(yīng)力的能力。圖4為不同預(yù)熱溫度下積材的縱向殘余應(yīng)力的分布云圖,由圖可知在不預(yù)熱、預(yù)熱溫度為100 ℃、200 ℃、300 ℃條件下,最大縱向殘余拉應(yīng)力分別為591.26 MPa、564.80 MPa、511.43 MPa、481.85 MPa,相比不預(yù)熱條件,積材的最大縱向殘余拉應(yīng)力分別降低了4.48%、13.50%、18.50%。隨著預(yù)熱溫度的提高,縱向殘余應(yīng)力在熔絲積材試板內(nèi)的分布更加均勻。選取不同預(yù)熱溫度下熔融區(qū)的同一節(jié)點(diǎn),通過非線性擬合熔絲過程中實(shí)時(shí)溫度獲得了熱循環(huán)曲線對(duì)比圖(圖5)。由圖5發(fā)現(xiàn),預(yù)熱溫度越低,在熔絲和冷卻過程中熱循環(huán)曲線斜率越大,熱源局部迅速加熱會(huì)加劇熔絲區(qū)域及熱影響區(qū)域溫度梯度的變化,熔絲積材過程中試板的溫度變化波動(dòng)大,從而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力值越大,分布更不均。適當(dāng)提高預(yù)熱溫度,能減緩熱源局部迅速加熱造成熔絲區(qū)域及熱影響區(qū)域溫度梯度的變化,從而有效降低殘余應(yīng)力。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3523499