【正文】 參 考 文 獻(xiàn)[1] 程友勝．焊接應(yīng)力和焊接變形的論述[J]．煤礦機(jī)械，2003.[2] 王青春，[J]．煤礦機(jī)械，2007.[3] 汪建華. 焊接數(shù)值模擬技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社,2003.通過(guò)對(duì)三種方案的比較，拘束焊縫附近不利于焊后變形，而拘束平板中部四點(diǎn)區(qū)域?qū)负笞冃胃欣?。等效?yīng)力峰值隨著時(shí)間的變化與熱源同步向前移動(dòng)，他們的共同點(diǎn)是熔池部分應(yīng)力值最低，而熔池前端的熱應(yīng)力有突然的較大增加。對(duì)于本課題得出結(jié)論方案1的外部約束條件對(duì)焊后變形更有利。 圖b圖414 圖415圖416圖417由圖414可看到在CD節(jié)點(diǎn)方向方案3的橫向收縮較方案1大，在平板兩端收縮變形較小，中間部分收縮變形較大；由圖415可看到方案3下的平板縱向收縮較之方案1??；由圖416可看到平板在厚度方向的變形方案1比方案3小很多，即方案3比方案1有更大的角變形；由圖417可看到平板的全部等效塑性應(yīng)變均是板中間部分變形較大，方案1較之方案3變形稍小，只在拘束部分大于方案3。因此，方案2的拘束條件不利于焊后變形，方案1較之方案3在板邊緣附近對(duì)焊后變形更有利。三種方案的變形曲線對(duì)比如圖41圖41圖413。（3）圖4圖4圖410分別是方案3焊后放大30倍后橫向收縮、縱向收縮和角變形的宏觀結(jié)果及變形云圖. 圖48 圖49 圖410由圖可看出方案3下平板的橫向收縮在板中央部分較之于方案2都大，縱向收縮較之于方案2小，同時(shí)方案3也存在一定的角變形。由圖44可看出方案1下平板的角變形不大。圖42 圖43 圖44由圖42可看出方案1下平板的橫向收縮在中部的黃色和藍(lán)色區(qū)域變形最大，在拘束部位即紅色區(qū)域變形為零，收縮變形在焊縫左右對(duì)稱分布。這是由于焊縫正面收縮值較大，背面相對(duì)較小，導(dǎo)致平板焊縫附近區(qū)域略向Y的負(fù)方向收縮兩邊翹曲，產(chǎn)生角變形。在模擬焊接變形的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：加載拘束的位置不同會(huì)對(duì)模擬的變形結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，錯(cuò)誤的拘束位置會(huì)使模擬結(jié)果與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。對(duì)接接頭的角變形與坡口形式和焊縫形狀有很大關(guān)系。由于移動(dòng)熱源(焊接電弧)的加熱和隨后的冷卻，使得溫度沿被焊構(gòu)件的長(zhǎng)度和厚度方向不均勻分布，即在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生殘余的橫向收縮塑變和橫向應(yīng)力。由于塑性變形區(qū)的收縮受到周圍金屬的阻礙，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)縱向收縮不如橫向收縮顯著。 縱向收縮縱向收縮是指焊件在焊縫長(zhǎng)度方向上的收縮變形?？傋冃尉褪前呀Y(jié)構(gòu)看成剛性梁在縱向或橫向上產(chǎn)生的收縮和彎曲，即縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形和扭曲變形等。可初步分析得出平板對(duì)接時(shí)方案1和方案3的殘余應(yīng)力較小。綜上所述，可得出焊接時(shí)熔池部分應(yīng)力值最低，而熔池前端受周圍母材拘束作用不能自由膨脹而產(chǎn)生突然增大的應(yīng)力，熔池前端更容易發(fā)生塑性變形。（圖中橫坐標(biāo)表示各點(diǎn)到焊接時(shí)起點(diǎn)O的距離）圖39圖310從圖39可以看到，焊接時(shí)方案1方案2方案3的等效應(yīng)力的最小值都處在熔池中心，此時(shí)等效應(yīng)力大概在60MPa；熔池前方溫度上升，金屬體積膨脹對(duì)熔池進(jìn)行擠壓，所以產(chǎn)生了壓應(yīng)力；熔池后方溫度下降，金屬體積收縮對(duì)熔池有一個(gè)拉伸的作用，所以產(chǎn)生了拉應(yīng)力；在遠(yuǎn)離焊縫的部分由于熔池的受熱膨脹，從而產(chǎn)生壓應(yīng)力；在熔池前端，受周圍母材拘束作用不能自由膨脹而產(chǎn)生等效應(yīng)力值有突然的增大。在焊接過(guò)程中，等效應(yīng)力的最大值是隨著熱源的移動(dòng)而移動(dòng)，象征最大值的黃色區(qū)域總是在熔池附近和拘束點(diǎn)附近，這是試板受熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。在工程實(shí)踐中，縱向殘余拉應(yīng)力往往達(dá)到材料的屈服極限σs，橫向殘余應(yīng)力峰值要低于材料的屈服極限σs，而殘余拉應(yīng)力正是焊接區(qū)的塑性收縮受到附近母材的拘束作用而不能自由收縮造成的。一般把焊縫方向的應(yīng)力成為縱向應(yīng)力，用σz表示。當(dāng)溫度回復(fù)到室溫下后，就產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)圖顯示了該點(diǎn)從焊接開(kāi)始到焊后冷卻結(jié)束的溫度軌跡。焊接熱源前方等溫線密集，溫度梯度大，后方等溫線稀疏，溫度梯度小。 溫度場(chǎng)的模擬及分析 瞬態(tài)溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果圖3圖3圖3。 氣體流量主要根據(jù)對(duì)焊接區(qū)域的保護(hù)效果來(lái)決定。焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)小，會(huì)妨礙觀察電弧，影響焊工操作；同時(shí)飛濺金屬容易堵塞噴嘴；另外還會(huì)使導(dǎo)電嘴過(guò)熱而夾住焊絲，甚至燒毀導(dǎo)電嘴。在實(shí)際生產(chǎn)中。實(shí)現(xiàn)短路過(guò)渡的條件之一是保持較短的電弧長(zhǎng)度，即低電壓。焊接電流使用范圍隨焊絲直徑和熔滴過(guò)渡形式的不同而不同。第3章 溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬 焊接工藝方案的確定本文是在如前所述三種方案的拘束條件下來(lái)進(jìn)行模擬的，通過(guò)比較平板的宏觀和微觀變形來(lái)討論不同外部約束條件對(duì)焊接變形的影響。 工作參數(shù)定義并提交運(yùn)行在MAIN主菜單中單擊JOBS，進(jìn)入子菜單，進(jìn)行熱機(jī)耦合工況條件加載。因?yàn)槌藴囟茸兓瘜?duì)結(jié)構(gòu)變形和材料性質(zhì)產(chǎn)生影響外，結(jié)構(gòu)變形反過(guò)來(lái)會(huì)改變熱邊界條件，進(jìn)而影響溫度變化。熱源計(jì)算公式為Q=UIη，, U為電壓，I為電流，η為電弧效率。為求準(zhǔn)確，還可將熱源分成兩部分，采用高斯分布的熱源函數(shù)作為表面熱源，試板熔池部分采用雙橢球形熱源分布函數(shù)作為內(nèi)熱源。方案2：拘束平板上靠近焊縫處4個(gè)點(diǎn)PQMN的區(qū)域，如圖25。設(shè)環(huán)境溫度30℃，℃。由于焊接路徑的創(chuàng)建， Mentat。 設(shè)置母材和焊縫的材料參數(shù)在焊接過(guò)程的數(shù)值模擬中，進(jìn)行溫度場(chǎng)分析時(shí)必須確定下列熱物理參數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.℃）、換熱系數(shù)（W/mm2.℃）、密度（Kg/m3）、比熱（J/Kg.℃）、焓(J/m3)；應(yīng)力場(chǎng)分析時(shí)則必須確定泊松比、彈性模量(N/m2)、熱膨脹系數(shù)(1/℃)、密度(Kg/m3)和屈服極限（MPa）等參數(shù)。采用長(zhǎng)寬高分別為100mm50mm5mm的鋼板進(jìn)行熔化極CO2氣體保護(hù)焊。因此，非線性有限元程序不僅需要做復(fù)雜的算式和有效的數(shù)據(jù)管理，而且必須包括合理的邏輯來(lái)指導(dǎo)求解過(guò)程。為滿足高級(jí)用戶的特殊需要和進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，Marc提供了方便的開(kāi)放式用戶環(huán)境。為了進(jìn)一步提高計(jì)算精度和分析效率，Marc軟件提供了多種功能強(qiáng)大的加載步長(zhǎng)自適應(yīng)控制技術(shù)，可自動(dòng)確定分析加載步長(zhǎng)。它具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力，可以處理各種線性和非線性結(jié)構(gòu)分析。，坡口形式為I形如圖1，對(duì)中碳鋼在不同的拘束條件下的焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)以及平板焊接變形進(jìn)行了數(shù)值模擬，具體內(nèi)容包括：，采用雙橢球熱源模型，模擬中碳鋼I型坡口平板對(duì)接的焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)以及焊后變形?？梢韵嘈?，隨著人們對(duì)焊接過(guò)程和現(xiàn)象認(rèn)知的進(jìn)一步深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，焊接數(shù)值模擬技術(shù)也將越來(lái)越發(fā)展并具有廣闊的應(yīng)用前景。例如點(diǎn)焊工具，激光焊工具，電子束焊接工具，釬焊工具，攪拌摩擦焊工具等等；所謂工程化，就是仿真的結(jié)果更方便地為工程實(shí)際所應(yīng)用。 焊接模擬技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)目前，采用數(shù)值方法來(lái)模擬復(fù)雜的焊接現(xiàn)象已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，模擬技術(shù)已經(jīng)滲透到焊接的各個(gè)領(lǐng)域，主要研究?jī)?nèi)容有：（1）焊接熱傳導(dǎo)分析（2）焊接熔池流體動(dòng)力學(xué)（3）電弧物理（4）焊接冶金和焊接接頭組織性能的預(yù)測(cè)（5）焊接應(yīng)力與變形（6）焊接過(guò)程中的氫擴(kuò)散（7）特殊焊接過(guò)程的數(shù)值分析，如電阻點(diǎn)焊、陶瓷金屬連接、激光焊接、摩擦焊接和瞬態(tài)液相焊接等。焊接熱過(guò)程分析包括焊接熱源的大小和分布形式分析、熱物理性能隨溫度變化的影響分析，焊接熔池中的流體動(dòng)力