SUS430鐵素體不銹鋼激光焊接熱應(yīng)力場數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于激光焊接具有多參數(shù)影響、反應(yīng)迅速、物化反應(yīng)復雜等的特點,所以通過采用大量的試驗積累的數(shù)據(jù)而制定激光焊接工藝不經(jīng)濟,難以適應(yīng)工程實際的需要。通過采用數(shù)值模擬的方法,建立符合實際的有限元模型去模擬激光焊接過程,可以大大降低試驗成本、縮短試驗周期、提高效率,對后期相關(guān)的工藝制定具有一定的指導意義。
　　本文中,采用大型有限元軟件ANSYS的APDL語言對SUS430鐵素體不銹鋼激光焊接溫度場、殘余應(yīng)力場的產(chǎn)生和分布規(guī)律進行了數(shù)值模擬

2、。采用熱電偶測溫法測試了SUS430鐵素體不銹鋼激光焊的溫度場分布,應(yīng)用小孔法測試了其殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律。
　　針對激光焊接深熔焊的傳熱機理,結(jié)合實際薄板焊接過程中焊縫形態(tài),建立了深度方向呈指數(shù)衰減高斯圓柱熱源模型。該熱源模型考慮了材料表面吸收系數(shù)N和材料內(nèi)部吸收系數(shù)S兩個特征參數(shù),其中,N綜合考慮了金屬材料表面對激光的反射作用和金屬材料上方的等離子體對激光的散射和吸收作用;S考慮了朗伯定律中材料對激光的線性吸收系數(shù),受激光波長

3、、材料內(nèi)部的等離子體的密度、溫度影響較大。
　　在激光焊接溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬中,針對SUS430鐵素體不銹鋼的熱物理性能參數(shù)不全,特別是半熔化態(tài)及熔化態(tài)的熱物理性能,本文采用相似材料類推法,并對高溫時的導熱系數(shù)、彈性模量、屈服強度、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等進行了大量試算,得到了在一定范圍內(nèi)激光焊接溫度場和應(yīng)力場的影響規(guī)律。此外,在對溫度場進行數(shù)值模擬時,還計算對比分析了熱焓法、等價比熱容法、不考慮相變?nèi)N情況下的溫度場分布情況;邊界換熱

4、條件主要考慮了自然對流、熱輻射,并考慮了溫度對輻射公式中的輻射系數(shù)ε的影響。
　　在激光功率1620W、焊接速度5mm/s時,通過對比數(shù)值模擬所得的溫度場和熱電偶測溫法測試所得的熱循環(huán)曲線分布規(guī)律,兩者的最高溫差相差10℃以內(nèi),冷卻15s之后的溫差相差50℃,升溫速率和冷卻速率誤差控制在10％之內(nèi),從而驗證了溫度場數(shù)值模擬的相對正確性。此外,通過對比該工藝條件下的數(shù)值模擬所得的應(yīng)力場和利用小孔法所測的殘余應(yīng)力分布規(guī)律,縱向殘余應(yīng)力