平板焊接残余应力及裂纹对焊接残余应力影响研究

平板焊接残余应力及裂纹对焊接残余应力影响研究

平板焊接残余应力及裂纹对焊接残余应力影响讨论:焊接在船舶制造过程中有重要作用,船体结构在焊接过程中会采纳不同的坡口进行对接焊。

在焊接过程中由于结构四周的固定方式不同等缘由会导致焊缝中有残余应力存在。

同时焊接过程中会有裂纹等焊接缺陷发生。

本文运用和软件对焊接残余应力及裂纹对焊接残余应力影响进行讨论。

:焊接;残余应力;裂纹一平板焊接残余应力本文采纳软件中的间接耦合法对焊接残余应力进行讨论。

间接耦合法就是对热过程先进行分析,在进行结构应力分析时,把温度作为载荷施加到结构上进行应力场的计算。

本文所选用的钢板材料为345钢,其屈服强度=345,极限强度=460,1011,[1]。

焊条或焊丝的属性与母材的属性很相近,因此,在进行焊接数值模拟时把焊缝处的材料属性和母材属性设为一样。

15030的平板焊接而成,采纳型坡口,坡口角度为60。

,坐标轴方向为垂直焊缝方向,坐标轴的方向为垂直板厚方向,坐标轴方向为沿着焊缝的方向。

如图1所示:,焊缝区域是一种受阻收缩的状态。

把焊接初始温度设置为室温25℃。

℃。

焊接速度为10,,焊接电流为150,电压设置为24[2]。

焊接模型采纳多层多道焊接,焊接方向从轴零坐标开头到模型末端,有限元模型边界条件以及焊道布置如图2、3所示。

图2结构约束模型,温度场如图4~图6所示:=30时的温度场=60时的温度场图4焊接第一层时不同时刻的温度场=270时的温度场=300时的温度场图5焊接第三层时不同时刻的温度场=720时的温度场=14700时的温度场图6冷却至室温时不同时刻的温度场从上述的温度场可以看出,热源输入时的温度最高,高温区域主要集中在焊缝区域。

随着冷却进行,热影响区的范围在不断扩大,温度梯度进一步缩小,直至到室温状态。

=14700时的上表面等效应力场=14700时下端面的等效应力场图7=14700等效应力场如图7所示,此时为冷却到室温的等效应力场,此时等效应力最大值为326,应力场分布主要集中在焊缝热影响区。

在每层焊缝的相交处也存在应力集中现象。

横向残余应力分布纵向残余应力分布图8型坡口残余应力图8为在室温状态下模型的横向残余应力和纵向残余应力。

把沿着焊缝方向的应力称为纵向应力,由于本文中方向为焊缝方向,所以纵向残余应力为轴方向的残余应力。

纵向应力主要是由于纵向的冷却收缩导致的。

把和焊缝垂直的方向的应力称为横向应力。

本文中轴方向为垂直焊缝方向,所以轴方向的残余应力为横向应力。

为了更好地定量的分析残余应力的分布规律,在试件上表面定义三条路径。

如图9所示。

图9路径的定义从图9所示,图中路径1为焊缝中心处,路径2为平行于焊缝左侧一半中心处,路径3为垂直板缝方向中心处。

路径1上的残余应力路径2上的残余应力路径3上的残余应力图10不同路径下残余应力曲线图如图10所示,可以看出:1路径1沿焊缝长度方向中横向残余应力表现为压应力。

横向残余应力的大小沿着焊缝长度方向分布较为平稳,在焊缝两端区域有肯定波动,最大残余应力100左右。

焊缝中部区域的残余应力主要在20左右。

纵向残余应力也表现为压应力,焊缝的两端区域的压应力最大,最大值在150左右。

在焊缝中部区域较为平稳,在140左右。

2路径2沿焊缝长度方向中的横向残余应力,在焊缝的起始阶段表现为拉应力,且拉应力渐渐减小,最大拉应力在50左右。

横向残余应力在中部区域基本为0。

在焊缝末端区域主要为压应力。

纵向残余应力在焊缝的两端主要为压应力,在焊缝的中部区域为拉应力,在焊缝中部区域拉应力达到最大值在80左右。

3路径3垂直焊缝长度方向中横向残余应力为压应力,母材区域的应力分布比较平稳,焊缝区域的应力分布波动较大,最大值在40左右。

纵向残余应力在母材区域为压应力,在焊缝上表现为拉应力,两道焊的焊缝中心处拉应力最大,最大值在85左右。

路径1上的路径3上的图11不同路径下曲线图如图11所示:1路径1沿焊缝长度方向中焊缝的等效应力曲线呈型分布,焊缝两端位置等效应力消失最值。

焊缝起始位置处等效应力最大,最大值接近320。

焊缝两端区域的等效应力向中间递减,中间区域等效应力最小。

2路径3垂直焊缝长度方向中在焊缝热影响区的等效应力波动最大,最大值为210,远离热影响区区域应力接近0。

,选取裂纹的长度和深度分别为5、1,4、,3、。

裂纹中心点坐标为0,17,150。

图12为长度为5,深度为1的裂纹四周有限元模型。

,计算得到含单裂纹模型的横向残余应力重分布云图,如图13、14所示。

5裂纹焊接接头部分应力图5裂纹四周局部应力图图13横向残余应力分布4裂纹四周局部