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超细晶粒钢焊接过程的有限元分析仿真

发布于:2016-04-02 20:17
有限元分析

      细化晶粒可以同时提高钢的强度和韧塑性。超细晶粒钢是在不降低材料其它性能和基本不增加生产成本的前提下,通过控制冶炼和轧制工艺,使晶粒细化,从而使其强度明显提高。超细粒钢因具有超细、超洁净、超均匀、高强和高韧特性,其焊接性必然不同于传统钢铁材料的,从而引起一个突出问题,即在焊接时,超细晶粒和组织会重新长大,从而使焊接接头的强度下降圈。如何解决这一难题,成为研究超细晶粒钢实际应用的关键。为此,对800MPa超细晶粒钢在不同热输人量下焊接接头的热循环过程进行了有限元分析并进行了试验验证,希望得到合理的焊接工艺用以引导实际焊接。
      试验材料为800MPa超细晶粒低合金高强度钢,其化学成分(质量分数%)为0.054C,0.2251,1.84Mn,0.013P,0.03lAI,0.06Ti,0.054Nb,0.003V,0.27Mo,<0.0035,其尺寸为150mmx70x4,焊接方法为无填充材料的非熔化极气体保护电弧焊对接。1#-6#试样的焊接工艺参数如表所示,焊接热输入量计算时电弧功率的有效利用率为0.65。
      在距焊缝起始部位80mm处取样,试样用体积分数4%HNO3酒精溶液腐蚀,使用MM-6型光学显微镜观察焊接接头显微组织。
      热源模型的选取是否恰当,对瞬态焊接温度场的计算精度,特别是在靠近热源的地方有很大的影响。实践证明,对于常用的焊接方法如手工电弧焊、钨极氢弧焊采用高斯分布的函数就可以得到满意的结果。这里,也采用高斯分布的热源模型。
      焊接过程中,焊件局部迅速加热到很高的温度,温度变化十分剧烈,因此必须考虑材料的物理性能参数随温度的变化。焊接过程中存在两类相变:一类是固态相变,即材料显微组织的转变,另一类是固液相变,即材料的熔化和凝固。材料在发生相变时,会吸取或释放一定的热能,所以在计算焊接温度场时,必须考虑相变潜热的问题。一般情况下,固态相变潜热比固液相变潜热小得多,通常可将其忽略。处理固液相变潜热时采用比热突变法,当温度达到熔点时,比热容突然升高到2000·kg·℃。
      焊接过程是一个快速且不均匀的加热过程,在焊缝附近温度分布梯度变化很大。因此,划分网格时,在焊缝及其附近的区域用加密的网格,在远离焊缝的区域,能量传递缓慢,温度分布梯度变化相对较小,采用相对稀疏的单元网格。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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