热源模型参数对管道焊接的影响研究

　试　验　研　究　

热源模型参数对管道焊接的影响研究

贾小磊，徐　杰，刘兆衡，黄少杰，孙　智，樊　宇

（中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州　２２１１１６）

摘　要：基于热弹塑性有限元法，采用轴对称模型对管道焊接工艺进行模拟分析，探讨了热源模型参数分别在固定温度峰值和线能量条件下对焊接残余应力的影响，并对固定温度峰值条件下的焊缝熔融区和热影响区尺寸与热源模型参数的关系进行了分析。结果表明：保持一定温度峰值条件下，设定不同热源模型参数，残余应力值变化显著；采用固定线能量的方法进行焊接模拟时，焊接残余应力对热源模型参数的改变不敏感；在材料属性、模型一定的条件下，热影响区尺寸的改变量与热源模型参数设定值存在一定的关系，但是两者并不相等。

关键词：热源模型参数；数值模拟技术；焊接残余应力

中图分类号：ＴＨ１３１．２；ＴＧ４０４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４８３７（２０１３）０８－００２７－０６

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４８３７．２０１３．０８．００５

ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＷｅｌｄｉｎｇＨｅａｔＳｏｕｒｃｅＳｈａｐｅＰａｒａｍｅｔｅｒｓ

ｏｎｔｈｅＰｉｐｅＷｅｌｄｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ

ＪＩＡＸｉａｏ－ｌｅｉ，ＸＵＪｉｅ，ＬＩＵＺｈａｏ－ｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＳｈａｏ－ｊｉｅ，ＳＵＮＺｈｉ，ＦＡＮＹｕ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｌｄｉｎｇｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎ２－Ｄａｘｉ－ｓｙｍｍｅｔｒｉｃｍｏｄ－ｅｌｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｅａｔｉｎｐｕｔｒａｔｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｏｔｈｔｈｅｍｅｌｔｉｎｇｚｏｎｅａｎｄＨＡＺ（ＨｅａｔＡｆｆｅｃｔｅｄＺｏｎｅ）ａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓｈａｐｅｐａｒａｍ－ｅｔｅｒｓｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｈｅａｔｉｎｐｕｔｒａｔｅｃａｎｍａｋｅｒｅ－ｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｒｅｓｕｌｔｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｏｎｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｍｏｄｅｌａｎｄｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｒｅｉｓａｃｅｒｔａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｅａｔｓｏｕｒｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｗｅｌｄｐｏｏｌｓｉｚｅｄｏｅｓｎ′ｔｅｑｕａｌｔｏｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ

０　引言

焊接数值模拟是高度非线性的热固耦合分析过程，因而焊接模拟结果的影响因素非常复杂。焊接速度、焊接热输入和材料属性等都会影响焊接温度场和残余应力分布以及焊接变形等结果［１－３］。

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（２０１１ＱＮＡ０７）；中国矿业大学研究生实践与科研创新资助项目（ＧＳＦ１２１１０６）

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