激光+GMAW復合熱源焊殘余應力數(shù)值分析.pdf

1、作為一種新型高效焊接技術(shù)，激光+GMAW(Gas metal arc welding，GMAW)復合熱源焊綜合了激光焊和電弧焊的雙重優(yōu)點，彌補了兩者的缺點，具有焊速快、熔深大、焊接過程穩(wěn)定、焊縫成形好、應力變形小等特點，在工業(yè)制造領(lǐng)域應用潛力巨大。而在焊接過程中，由于焊件局部不均勻受熱，殘余應力的產(chǎn)生不可避免，其對接頭力學性能具有重要影響，繼而直接對結(jié)構(gòu)的安全造成了潛在的威脅，因此，為了進一步推廣復合焊工藝，有必要對其殘余應力分布特征進

2、行分析。然而，目前關(guān)于激光+GMAW復合熱源焊殘余應力的研究主要集中在薄板或堆焊方面，而對于中厚板材料及其平板對接焊研究極少。此外，由于受實驗條件限制，數(shù)值模擬技術(shù)成為分析焊接殘余應力的重要手段。本文利用數(shù)值模擬和試驗檢測相結(jié)合的方法，對激光+GMAW復合熱源對接焊殘余應力進行研究，為深入理解復合焊及優(yōu)化焊接工藝提供技術(shù)支持和基礎數(shù)據(jù)，具有重要理論意義及工程應用價值。
　　選用生產(chǎn)中常用的Q235低碳鋼、Q460超細晶鋼及6061

3、鋁合金，在不同工藝條件下進行激光+GMAW復合熱源焊平板對接試驗，利用盲孔法對焊件表面殘余應力進行檢測。從宏觀傳熱學出發(fā)，并依據(jù)焊縫橫斷面幾何形狀特征，選用了適用的激光+GMAW復合熱源焊熱源模型，其中將電弧熱輸入視為雙橢球體熱源模型，而激光熱輸入則采用錐體熱源表征。基于熱彈塑性理論，通過有限元分析軟件ANSYS建立了激光+GMAW復合熱源對接焊殘余應力三維有限元模型，對復合熱源焊接殘余應力進行數(shù)值模擬計算，研究分析不同工藝方案殘余應力

4、分布特征。
　　研究結(jié)果表明：復合焊殘余應力計算結(jié)果與試驗檢測結(jié)果吻合良好，證明了模型的準確性和適用性。對于6mm厚 Q235低碳鋼平板對接，隨著焊速的增大，焊件縱向殘余應力及橫向殘余應力呈增大趨勢。對于12mm厚Q460超細晶鋼平板對接，單道復合焊及多層多道復合焊均在焊縫區(qū)及近逢區(qū)產(chǎn)生較高的縱向拉應力；激光+GMAW單道復合焊接縱向應力的高應力區(qū)域?qū)挾扰c激光+GMAW多層多道復合焊焊接相近，但兩者都明顯比GMAW多層多道焊窄。而