【正文】 圖10 垂直于焊接線中的異種鋼對接焊縫中殘余應力分布：（a）的縱向殘余應力，（b）橫向的殘余應力，（c）厚度方向上的殘余應力圖11 垂直于類似的鋼材對接焊縫的焊接線的殘余應力分布：（a）SM400鋼焊接，（b）SUS304鋼焊縫參考文獻：[1] L. Gardner, The use of stainless steel in structures, Prog. Struct. Engng. Mater. 7(2005) 4855.[2] Z. Sun, R. Karppi, The application of electron beam welding for the joiningof dissimilar metals: an overview, J. Mater. Process. Technol. 59 (1996)257267.[3] A. Joseph, . Rai, T. Jayakumar, N. Murugan, Evaluation of residual stresses in dissimilar weld joints, Int. J. Pressure Vessels Pip. 82 (2005) 700705.[4] C. Jang, J. Lee, . Kim, . Jin, Mechanical property variation within Inconel82/182 dissimilar metal weld between low alloy steel and 316 stainless steel,Int. J. Press. Vessels Pip. 85 (2008) 635646.[5] O. Mur225。不銹鋼較大的熱膨脹系數與較高的應變硬化率的一起產生的較高的拉伸縱向應力與轉變率較高的壓縮應力相平衡。在異種鋼焊縫不銹鋼的一側，應力分布與相應的鋼對接焊縫是相似的，而在異種鋼焊縫碳素鋼的一側，應力分布與類似的鋼的對接焊縫應力分布大不相同，這是由于熱膨脹系數的差異導致的不銹鋼焊接金屬和碳素鋼基體材料界面處應力快速變化引起。根據研究結果，可以得出以下意見和結論：(a)在異種鋼對接焊接過程的熱流量與溫度分布由于在焊接的材料熱性能方面的差異決所以絕對不是對稱的。分別除去碳鋼和不銹鋼焊接填料之間的界面處顯著的應力變化，在異種鋼一側的橫向和厚度方向的殘余應力分布是相似的。同樣清楚的是，不銹鋼一側受到拉伸應力的范圍也比較寬。這些趨勢，在橫向和正常的應力分量中也能觀察到。然而，在碳素鋼一側的異種鋼焊接，其應力分布與與其相似的鋼焊縫中的應力分布大不相同。應該認識到，在不銹鋼異種鋼側的焊縫中，應力在類似的鋼對接焊縫中的分布是相似的，即達到施加在焊縫上的最大縱向拉伸殘余應力與橫向壓縮殘余應力在遠離焊縫中心線的區(qū)域平衡的目的。圖10（a） （c）所示的整個異種鋼對接焊縫中，在焊接件的橫截面上，垂直于焊接線，通過焊接長度的一半，分別為縱向，橫向和厚度方向（正常）的型材殘余應力的預測。 所有的應力和應變分量都可以從應力分析得到。溫度場沿著焊縫中心線上不同位置的最厚處，這就是結束焊接時焊縫的產長度。圖7顯示的是碳和不銹鋼與溫度有關的應變強化率。碳鋼和相應金屬的線性應變強化率假定為20~700℃溫度范圍內為500MPa，1000℃以上溫度范圍內為20MPa[6]。以模擬在高溫下低強度基體材料的熔融溫度[32]。SUS304鋼，熱材料性能列于Deng和Murakawa[26]中，詳細見圖4（b）。對于結構模型來說，元素類型的每個節(jié)點都具有三個平動自由度。結果，（橫向）（厚度）（縱向）被認為是使用合理數量的計算機時和內存所能得到的足夠精確的結果。有四個層面用于離散計算域。SM400碳鋼接頭是使用DW100電極碳素鋼焊接材料焊接的，而SUS304的不銹鋼接頭與異種鋼接頭采用的是Y308L 奧氏體不銹鋼焊接填料焊接的[17,19]。 （a）碳鋼焊 縫的比較（b）不銹鋼焊縫的比較 使用順序耦合的熱力有限元分析方法對異種鋼的焊接接頭進行有限元熱模擬。在其他區(qū)域可以發(fā)現一些比較具體的細節(jié)[29]?？招姆柋硎居蓱冇嫓y得的實驗值及通過實驗測量位置實現曲線的有限元計算值的結果。然后，縱向殘余應力σx就可以使用測得的應力并通過下面的公式得到。首先，如圖1所示，將應變計連接在試樣表面。標本的基體材料是低碳鋼（SM400）。當焊炬接觸到單元時，材料的剛度得到恢復，而與溫度有關的機械性能又已經被制定好了，并且沒有相關的應變歷史記錄。在熱學分析中，有限元單元對應于焊縫金屬在沉積前所給出的等同于空氣的熱導率值。應力應變關系的增量形式可以寫成下面的形式 (9)其中，[Dd]被分成彈性范圍內的[]和塑性范圍內的[]。平衡方程 其中σij,j具有對稱性，例如σij=σji在相變過程中，該系統(tǒng)中存儲和釋放的潛熱和熱能，對于碳鋼[6]來說，假設在固相線溫度1450℃和液相線溫度1500℃之間的值為270J/g；對于不銹鋼來說，假設在固相線溫度1340℃和液相線溫度1390℃之間的值為260J/g。這是用來定義h的模型。本分析中，焊接過程中使用的FCA（藥芯焊絲電弧）焊接工藝和GTA（鎢極氬?。：附与娀〉臒崃客ㄟ^高斯分布的表面熱源而模型化，熔融液滴的熱量通過具有均勻密度的體積熱源而模型化。 熱分析為了解決瞬間溫度場和它的與焊接熱流量相關的歷史記錄問題。此外，類似的鋼的對接焊縫殘余應力狀態(tài)用于比較研究。但他們只提供了非常有限的信息，并沒有對異種鋼對接焊縫殘余應力分布的詳細描述。因此，對異種鋼焊縫殘余應力的大小和分布研究是必要的。因此有限元（FE）模擬已成為一種預測焊接殘余應力的熱門的工具[712]。這些應力可能會導致焊接結束時或在預定的使用壽命期間焊件的開裂。 焊接是一種在許多工程和結構部件生產中都得到利用的可靠高效的金屬連接方法。但是，不銹鋼結構設計規(guī)范的頒布和對不銹鋼附加優(yōu)勢更好地認識，給傳統(tǒng)的結構工程應用包括建筑業(yè)帶來了更多的利益[1]。在本文作中，使用異種鋼焊接過程的三維有限元模擬，以確定碳鋼和不銹鋼異種鋼對接接頭的溫度場和殘余應力狀態(tài)。焊接結構的結構完整性評估需要考慮由焊接引起的殘余應力。因此，計算異種鋼焊接接頭中的殘余應力的大小和分布至關重要。對熱力學有限元模型以及使用有限元模擬的詳細方法和結果都進行了討論。為了有效的利用民用結構的不銹鋼，就必須采用不銹鋼和碳鋼之間的異種鋼焊接。焊接工藝的優(yōu)勢是因為焊接接合效率高、設置簡單和制造成本低。特別是焊縫區(qū)附近的拉伸殘余應力一般會導致不利影響，如應力集中、疲勞破壞和