管道環(huán)形焊縫殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析及焊接工藝優(yōu)化.pdf

1、管道是現(xiàn)代常用的一種運(yùn)送物料的設(shè)備，主要由焊接成型。像其它焊接結(jié)構(gòu)一樣，管道在焊接過(guò)程中同樣經(jīng)歷急劇地非平衡加熱及冷卻過(guò)程，焊后產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力與變形，過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力與變形勢(shì)必影響到管道焊接接頭或結(jié)構(gòu)的承載能力、使用性能，甚至引起斷裂。因此，對(duì)管道焊接殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用數(shù)值模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究管道焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，為工程實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　本文闡述了焊接過(guò)程的數(shù)值模擬涉及到的溫

2、度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本理論以及數(shù)值模擬分析方法。在數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中，采用軟件提供的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能，首先對(duì)管道環(huán)形焊縫的焊接溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，然后選用間接耦合法，將溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算結(jié)果作為載荷施加到應(yīng)力場(chǎng)分析的計(jì)算中，就可以便捷快速地實(shí)現(xiàn)熱-彈塑性應(yīng)力數(shù)值模擬計(jì)算。為提高模擬計(jì)算的精度，對(duì)高溫時(shí)的材料物理性能參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶幚砗瓦x取，對(duì)焊縫處網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，選用常用的雙橢球形體熱源作為焊接熔池部分的內(nèi)熱源，采用APDL二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言施

3、加載荷并完成求解。
　　對(duì)管道焊接環(huán)形焊縫進(jìn)行模擬計(jì)算，得到了管道焊接接頭在不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)分布以及軸向、環(huán)向應(yīng)力場(chǎng)分布。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量值相近，證明了有限元法能夠有效地預(yù)測(cè)管道環(huán)形焊縫接頭的焊接殘余應(yīng)力，可為焊接工藝參數(shù)的選取提供參考。
　　在上述的研究基礎(chǔ)之上，選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以焊接Von Mises應(yīng)力作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電弧電壓、焊接電流、坡口間隙和焊接速度四個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。并利用有限元分析軟件ANS