本文關(guān)鍵詞：X80管線鋼激光電弧復(fù)合焊應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬及接頭性能

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【摘要】：激光電弧復(fù)合焊是一種新興特種加工技術(shù),其在焊接厚板時(shí)具有所開(kāi)坡口角度小、熔敷量小,能量密度高、熱輸入小等優(yōu)勢(shì),但在焊接試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),焊縫上易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。為此,針對(duì)X80管線鋼進(jìn)行了激光電弧復(fù)合焊,并采用有限元軟件ANSYS計(jì)算了焊接溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)。綜合考慮焊接工藝參數(shù)、激光與電弧的相互作用及窄間隙坡口對(duì)熱源分布的影響,分別建立了平板堆焊和適用于窄間隙坡口焊的激光電弧復(fù)合熱源模型�；谒嵩茨Ｐ�,對(duì)X80管線鋼進(jìn)行了不同焊接工藝參數(shù)下的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬。經(jīng)對(duì)比,模擬結(jié)果與實(shí)際焊縫形貌相符,驗(yàn)證了熱源模型的準(zhǔn)確性。對(duì)窄間隙坡口多層焊進(jìn)行了溫度場(chǎng)數(shù)值模擬,結(jié)果表明:激光電弧復(fù)合焊具有加熱速度快、高溫停留時(shí)間短、冷卻速度快的特征。為分析不同焊接工藝參數(shù)下接頭的殘余應(yīng)力分布情況、冷卻過(guò)程中沿焊縫長(zhǎng)度方向橫向瞬時(shí)應(yīng)力的演化規(guī)律及沿板厚方向的橫向瞬時(shí)應(yīng)力分布,采用熱—結(jié)構(gòu)順序耦合的方法對(duì)焊接應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明:采用大激光功率小電弧電流復(fù)合焊時(shí),產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較大且在熔合區(qū)附近最高,殘余變形較小;激光功率越大,產(chǎn)生瞬時(shí)橫向拉應(yīng)力越大,結(jié)晶裂紋的傾向也越大;結(jié)晶裂紋易出現(xiàn)在焊縫的起焊端與止焊端;相同焊接工藝參數(shù)下窄間隙坡口焊比平板堆焊更易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。研究了不同焊接工藝參數(shù)下激光電弧復(fù)合焊接頭的微觀組織及力學(xué)性能。結(jié)果表明,焊縫由大量針狀鐵素體、一定量的粒狀貝氏體和板條馬氏體組成;粗晶區(qū)由板條馬氏體和粒狀貝氏體組成;激光電弧復(fù)合焊接頭的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為620MPa和710MPa,均高于母材、焊縫沖擊韌性高,滿足使用要求。
【關(guān)鍵詞】：X80管線鋼 激光電弧復(fù)合焊 應(yīng)力場(chǎng) 數(shù)值模擬 微觀組織
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG457.11
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 課題研究背景及意義10-11
• 1.2.1 激光電弧復(fù)合焊接存在的問(wèn)題分析10-11
• 1.2.2 研究的意義11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 激光電弧復(fù)合焊研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 激光電弧復(fù)合焊熱源模型研究進(jìn)展12-14
• 1.3.3 厚板多層焊應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展14-15
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)16-17
• 第二章 厚板激光電弧復(fù)合焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬17-39
• 2.1 有限元模型的建立17-19
• 2.1.1 材料參數(shù)17-18
• 2.1.2 有限元模型18-19
• 2.2 激光電弧復(fù)合熱源模型的建立19-23
• 2.2.1 激光深熔焊熱源模型的建立19-20
• 2.2.2 MAG焊熱源模型的建立20-21
• 2.2.3 激光電弧復(fù)合堆焊熱源的建立21-22
• 2.2.4 窄間隙坡口激光電弧復(fù)合熱源模型的建立22-23
• 2.3 邊界條件和移動(dòng)熱源的加載23-27
• 2.3.1 傳熱控制方程及邊界條件23-25
• 2.3.2 邊界條件的加載25
• 2.3.3 移動(dòng)熱源的加載25-27
• 2.4 單層焊溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果及分析27-31
• 2.4.1 激光電弧復(fù)合堆焊溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果28-29
• 2.4.2 窄間隙坡口激光電弧復(fù)合焊溫度場(chǎng)模擬結(jié)果29-30
• 2.4.3 焊接工藝對(duì)焊縫形貌的影響30-31
• 2.5 厚板激光電弧復(fù)合多層焊溫度場(chǎng)模擬結(jié)果及分析31-37
• 2.5.1 激光電弧復(fù)合多層焊瞬態(tài)溫度場(chǎng)31-35
• 2.5.2 激光電弧復(fù)合多層焊熱循環(huán)35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-39
• 第三章 厚板激光電弧復(fù)合焊接應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬39-52
• 3.1 基于ANSYS的焊接熱應(yīng)力分析方法39-40
• 3.1.1 焊接應(yīng)力場(chǎng)及其影響因素39
• 3.1.2 ANSYS熱應(yīng)力分析方法39-40
• 3.2 焊接應(yīng)力和變形的理論分析40-41
• 3.3 激光電弧復(fù)合多層焊接應(yīng)力場(chǎng)的求解41-43
• 3.3.1 有限元模型的建立及約束條件的設(shè)置41-42
• 3.3.2 應(yīng)力場(chǎng)的求解42-43
• 3.4 殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果及分析43-46
• 3.4.1 平板堆焊殘余應(yīng)力及殘余變形43-45
• 3.4.2 窄間隙坡口焊殘余應(yīng)力及殘余變形45-46
• 3.5 冷卻過(guò)程中瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果及分析46-50
• 3.5.1 平板堆焊焊縫瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)的演化47-48
• 3.5.2 窄間隙坡口焊焊縫瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)的演化48-49
• 3.5.3 板厚方向的瞬時(shí)應(yīng)力分布49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第四章 X80管線鋼激光電弧復(fù)合焊接頭組織及性能52-73
• 4.1 試驗(yàn)材料52-53
• 4.2 試驗(yàn)設(shè)備53-57
• 4.2.1 激光焊接設(shè)備53-55
• 4.2.2 微觀組織觀察設(shè)備55-56
• 4.2.3 力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備56-57
• 4.3 X80管線鋼激光電弧復(fù)合焊接工藝57-60
• 4.3.1 X80管線鋼激光電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)57-59
• 4.3.2 焊縫宏觀形貌59-60
• 4.4 X80管線鋼激光電弧復(fù)合焊焊接接頭微觀組織60-67
• 4.4.1 焊接接頭低倍金相分析60-61
• 4.4.2 焊接接頭微觀組織分析61-67
• 4.5 激光電弧復(fù)合焊接接頭力學(xué)性能67-72
• 4.5.1 焊接接頭顯微硬度測(cè)試67-69
• 4.5.2 焊接接頭拉伸性能測(cè)試69-70
• 4.5.3 焊接接頭沖擊性能測(cè)試70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79

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