異種合金組件焊接應(yīng)力及變形有限元分析.pdf

1、硬質(zhì)合金具有高硬度、耐高溫、抗腐蝕、耐磨損性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于閥門、鉆機(jī)等的密封裝置、各種金屬切削工具以及制造各種模具、量具和耐磨損機(jī)械零件等，并收到了顯著的效果。但由于這些材料塑性、韌性、抗沖擊性都較差，在與其他材料釬焊冷卻過程中常會因材料的性能參數(shù)的不匹配而使接頭處產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力變形甚至產(chǎn)生裂紋，對于大面積硬質(zhì)合金圓環(huán)，釬焊過程中更容易出現(xiàn)裂紋或開裂。為此，對硬質(zhì)合金與其他材料釬焊后殘余應(yīng)力大小及分布進(jìn)行預(yù)測具有一定的理論和

2、實際意義。 本論文通過采用Marc非線性有限元軟件，采用熱彈塑性有限元方法，在考慮了材料性能參數(shù)隨溫度變化的情況下，對硬質(zhì)合金圓環(huán)和鋼體釬焊的接頭區(qū)在冷卻過程中的應(yīng)力變化、應(yīng)力分布及裂紋敏感區(qū)等進(jìn)行了分析。并用微區(qū)X射線衍射法對接頭附近的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測量以驗證模擬的可靠性。 模擬結(jié)果表明：在焊后冷卻過程中產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，周向應(yīng)力對接頭的強度影響較小，徑向應(yīng)力是接頭破壞的主要因素。在釬縫與硬質(zhì)合金一側(cè)接觸面上所受到的殘余

3、應(yīng)力最大，在離硬質(zhì)合金環(huán)內(nèi)側(cè)0.4mm處徑向拉應(yīng)力達(dá)到最大，在環(huán)內(nèi)側(cè)軸向拉應(yīng)力最大，在硬質(zhì)合金環(huán)與釬縫一側(cè)接觸面的靠近中心側(cè)區(qū)域為最危險區(qū)域。 研究了釬焊接頭形狀、釬縫厚度、緩沖層、釬焊壓力及構(gòu)件的尺寸對焊后接頭殘余應(yīng)力的影響，結(jié)果表明：在鋼基體表面開工藝槽時，由于槽的拘束作用，焊后的殘余應(yīng)力與不開工藝槽相比都大大增加，從而對接頭的強度不利；隨著釬縫厚度的增加，焊后的殘余應(yīng)力逐漸減小，在厚度為120μm時，焊后殘余應(yīng)力值最小，而

4、后隨著釬縫厚度的增加，應(yīng)力值又逐漸增大，釬縫厚度存在最佳值；通過添加緩沖層，可以大大的緩解焊后的殘余應(yīng)力，且緩沖層的厚度存在最佳值。在能保證釬料對硬質(zhì)合金表面潤濕的前提下，釬料層越薄，對減少焊后殘余應(yīng)力越有利；在硬質(zhì)合金上施加一定的壓力，可以有效的降低焊后殘余應(yīng)力。在一定范圍內(nèi)增加壓力，焊后殘余應(yīng)力減?。粯?gòu)件尺寸越大，釬焊面積越大，焊后的殘余應(yīng)力也越大。 采用美國AST公司生產(chǎn)的X-2001二維應(yīng)力分析儀對硬質(zhì)合余圓環(huán)兩側(cè)的鋼基