基于SYSWELD的薄壁箱梁焊接過程數(shù)值模擬.pdf

1、低合金結(jié)構(gòu)鋼作為一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料以其自身強(qiáng)度高、韌性高、抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各種大型的工程建筑結(jié)構(gòu)、重型機(jī)械、橋梁、工程機(jī)械、船舶等焊接結(jié)構(gòu)。由于大型的焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形矯正困難，所以預(yù)測和降低焊接變形意義重大。本文針對低合金結(jié)構(gòu)鋼薄壁箱梁，利用有限元軟件SYSWELD模擬其焊接過程，分析應(yīng)力分布規(guī)律和變形規(guī)律，為控制薄壁箱梁整體焊接變形奠定基礎(chǔ)。
　　首先，建立了薄壁箱梁典型局部接頭形式T型接頭的MAG焊接有

2、限元模型，用實驗驗證了模型的可靠性，同時分析了T型接頭焊接過程溫度場、組織場、應(yīng)力場和焊接變形，為后續(xù)進(jìn)一步準(zhǔn)確分析薄壁箱梁焊接過程提供依據(jù)。
　　然后，建立了基于薄壁箱梁結(jié)構(gòu)特征的二維網(wǎng)格簡化模型，分析了相變、焊接順序以及焊縫間冷卻時間對薄壁箱梁焊接過程的影響。模擬結(jié)果表明：相變對于不同部位處焊接溫度場的影響并不顯著，可以不考慮，但是相變對于焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的影響不容忽視，需要考慮；對比16種焊接順序下的整體變形，發(fā)現(xiàn)

3、最優(yōu)焊接順序下的整體變形量僅為1.62mm；焊縫間冷卻時間對薄壁箱梁焊接殘余變形和殘余應(yīng)力的影響均不大，可以選擇較短冷卻時間來提升運算效率和生產(chǎn)效率。
　　最后，在二維簡化模型的基礎(chǔ)上建立了可以反映整體的三維簡化模型，分析了薄壁箱梁的焊接過程。焊后模擬結(jié)果如下：
　?。?）接頭部位熱影響區(qū)的組織類型以貝氏體為主，馬氏體含量其次，有極其微量的殘余奧氏體存在；
　?。?）板寬方向的沿X軸方向橫向殘余變形主要集中于上翼緣板垂

4、直于焊縫的邊緣位置；高度方向的焊接變形相對較小，高度方向沿Y軸方向變形主要集中于上翼緣板左側(cè)位置處；沿焊縫方向的縱向殘余變形全部為收縮變形，其中以上、下翼緣板右側(cè)邊緣處最為明顯；
　?。?）等效應(yīng)力分布在焊縫及其附近區(qū)域，且越遠(yuǎn)離焊縫應(yīng)力值迅速減?。粰M向殘余應(yīng)力也集中在焊縫及其附近區(qū)域。其中，橫向殘余應(yīng)力在焊縫的兩端形成壓應(yīng)力，在焊縫的中間部位形成拉應(yīng)力；高度方向上的殘余應(yīng)力分布較均勻，其壓應(yīng)力基本出現(xiàn)在焊縫的端頭（側(cè)板位置處），