葉輪焊接殘余應(yīng)力及變形量的有限元計(jì)算分析.pdf

1、焊接是現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)中一種不可缺少的加工工藝。由于焊接制造工藝具有多學(xué)科綜合的特點(diǎn)，使得焊接技術(shù)能夠更快地融入最新科學(xué)技術(shù)的成就。焊接是葉輪加工的重要工藝之一。在葉輪焊接的過(guò)程中，溫度很高，可以達(dá)到1500℃，在這種高溫條件下，葉輪呈現(xiàn)出高度的材料非線性和幾何非線性，導(dǎo)致焊接后葉輪經(jīng)常出現(xiàn)超出公差要求的變形，造成葉片間的流道間隙不均勻，不僅使氣動(dòng)性能受到影響，而且由焊接產(chǎn)生殘余應(yīng)力可能給高速旋轉(zhuǎn)下的葉輪帶來(lái)隱患。焊接殘余應(yīng)力和變形量的

2、計(jì)算結(jié)果分析，有助于設(shè)計(jì)人員改進(jìn)焊接工藝方案，以達(dá)到減少成本，保證流道形狀的目的。 本文結(jié)合與沈鼓的合作項(xiàng)目，根據(jù)工程實(shí)際，建立葉輪整體模型。使用有限元方法，結(jié)合生死單元技術(shù)和APDL參數(shù)化語(yǔ)言編程，模擬焊接流程。論文工作主要包括以下幾個(gè)部分： 模擬葉輪整體焊接過(guò)程，即預(yù)熱180℃，鎢極氬弧焊打底，填槽(堆焊)焊接，回爐熱處理和自然冷卻，計(jì)算葉輪在焊接工藝各個(gè)階段的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布，給出葉輪的整體變形和最終的殘

3、余應(yīng)力、變形分布。 針對(duì)鎢極氬弧焊打底過(guò)程中容易出現(xiàn)的缺陷——斷弧，即間斷焊接計(jì)算。建立簡(jiǎn)化模型，模擬計(jì)算了連續(xù)焊接和八種間斷時(shí)間條件下焊接的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布。對(duì)比不同焊接情況的結(jié)果，間斷焊接會(huì)產(chǎn)生比連續(xù)焊接更大的應(yīng)力分布區(qū)域和三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)區(qū)，這樣對(duì)于葉輪的使用和疲勞壽命都是不利的。 使用之前的簡(jiǎn)化模型，針對(duì)鎢極氬弧焊打底過(guò)程中另一種缺陷——偏心焊接，模擬計(jì)算焊接的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布。偏心焊接產(chǎn)生殘