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焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力的影响

文档名称:焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力的影响
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文档大小:234KB
上传者:jiabo
添加时间:2017/06/17
内容摘要:
34
2011年4月中国制造业信息化第40卷第7期
焊接顺序对挖掘机主平台T型爆残余应力的影响
戴晴华,季鹏2,般晨波2,易迪升1,吴冬2,张大両2
重机股份责任公司,江苏昆山215300)
2.南京工业大学车辆与工程机械研究所,江苏南京21000
摘要:对液压挖掘机主平台底板和立板T型焊接头的焊接温度场和应力场进行了数值模拟,并对
主平台的模型进行了网格划分和エ艺参数的确定,结合实际エ艺提出了不同的焊接顺序方案,通
过计算,分析了不同方案对焊接结构件残余应力的影响,从而为实际生产提供了可靠的数值预测
依据
关键词:数值榎拟;焊接顺序;残余应力
中图分类号:TG404
文献标识码:A
文章编号:1672-1616(2011)07~0034-04
焊接残余应力场是影响构件焊接质量和生产
率的最重要因素之一,采取合理的焊接工艺来改善
焊接残余应力的分布状态,对于提高焊接结构件的
使用寿命具有重要的意义,而选择合理的焊接顺序
又是制定焊接工艺的关键所在1-4。
本文应用有限元软件ANSYド.采用三维实体
单元建模,运用单元生死技术对某型液压挖掘机主
平台底板和立仮T型焊接头的温度场和残余应力
场进行模拟,研究不同焊接顺序对结构件应力场
的影响,以获得焊接接头的三维温度场和应力分布
规律,为实际加工工艺提供参考
1有限元模型的建立
1.1网格的划分
图1主平台几何尺寸示意图
为了提高计算效率并保证计算精度,在温度梯
度变化大的焊缝及其热影响区网格刘分比较密,在
远离焊缝和温度变化不明显的区域,采用较稀疏的
网格,整体上表现为由密到疏的过渡方式。
挖掘机主平台由底板和两立板及焊缝组成,实
际结构尺寸较大,且为对称结构,取实际结构的
半建立模型并做简化,几何尺寸示意图如图1所
B
示。图2所示为网格划分示意图,焊缝位置分布在
A
立板炳侧,向内45°开坡口,焊接时分2层焊,先填
充焊,再盖面焊。
1.2材料特性
本文模拟的焊接材料为工程机械结构件中常
图2网格划分示意图
收稿日期:2011-03-02
作者简介:戴晴华(1967-),男,福建浦城人,三一重机股份责任公司高级工程师,主要从事高效节能技术、智能控制、计算仿真等工作。
现代设计与先进制造技术?戴晴华季鹂殿晨波等焊接顺序对挖掘机主平台T…35
用的Q345低合金高强度钢,考虑了材料的热物理缝的先后顺序:
性能和力学性能随温度而变化。性能参数见表1
a.焊接方向A→B的顺序方案。
表1材料性能参数
①1→2--34
温度热导率
比热容/密度
2②1-→3
(℃)(W?m小?K)(J?kg-1Kリ)〈
泊松比
78520.35
④1,2-→3,4
200
49.0
7816
77110
b.焊接方向B→A的顺序方案
800
26.0
7578
29.7
7268
述中:③方案表示3,4焊缝同时焊;①方案
2000
29.7
400
66350.61
表示1,2焊缝同时焊及3,4焊缝同时焊。①,⑤方
1.3热源模型和工艺参数
案焊接颅序一致,焊接方向相反。
热源模型采用内生热源,内生热率等于热源有
效功率除以所作用单元的体积。计算公式为:
2不同焊接颅序下应力场的模拟
残余应力场数值分析
由于上述几种焊接顺序得到的残余应力分布
式中:q为热输入量;n为电弧热效率,取0.755
及峰值的位置基本一致。下面仅以顺序的焊接应
U为电压;I为电流;S为焊缝截面积;为焊接速力场进行研究。-,a,の。应力场分布情况分别如

图4~图6所示。
为了保证模拟结果的一致性,在不同的焊接顺
序方案中,每道焊缝的热输人保持不变。相关参数
的具体设定值如下:焊接速度为18mm,环境温
度为20℃,构件表面与空气间的对流系数为30W/:
(m2·K)
1.4焊接顺序方案
主平台的底板和立板的T型焊主要有4道焊
缝,焊缝示意图如图3所示,图中1,2,3,4表示各
道焊缝的序号。每道焊鏠施加热源的电压电流设
定参数见表2。
crst
E只3
立板
图4ax应力场分布情况

一底板
图3各道焊缝示意图
表2各焊缝电弧电压、电流和焊接速度
电压M电流/A焊接速度/(mn
第1道焊缝
200
18
第2道焊缝25
第3道焊缝
18
第4道焊缝
为了研究不同焊接顺序对焊接残余应力的影s2
y21253
611753259
响,结合实际工艺,对上述焊缝设计了如下几种焊
接方案,每种方案中序号的位置表示焊接时每道焊
图5、应力场分布情况
36
2011年4月中国制造业信息化第40卷第7期
Sて HTON
FER 3
从图4、图5、图6可以看出,整个构件主要表
现为焊接残余压应力,在焊缝及其附近区域最大。
在底板和立板边缘表现出一定的拉应力。
2.2焊接顺序对残余压应力峰值的影响
几种焊接顺序的压应力峰值都出现在焊缝附
近,这里选择底板上下平面,在焊缝1,2之间区域
的中心线方向为应力分析路径,这一路径x,y,x
方向应力变化如图7~图12所示。几种焊接方案
的残余压应力峰值见表3。
由图7~图12以及表3可见5种不同的焊接
q4ans * 5,2 Qa3cqp
顺序,①方案在底板上平面中心线方向,所产生的
x,y,z向残余应力最小。在下平面中心线方向,
图60:应力场分布情况
①,⑤方案产生的x,y,x向残余应力差别很小,即
b
d

-80000
0
0.50.60.7
0.30.40.50.60.70.8
距离d
图7上平面x向残余应力不同方案的比较
图8上平面y向残余应力不同方業的比较
d
5000
200000
500000

距窝dfm
图9上平面x向残余应力不同方案的比较
图10下平面x向残余应力不同方蒙的比較
表3几种焊接方案残余压应力峰值比较
平面x
下平面
下平面y
下平面
方楽序号向应力。Pa向应カ/Pa向应力Pa向应力パPa向应カ。Pa向应カofPa
27990
21057
841.94
7874
34.3900
22082
63805
239060
843.2
35786
110580
484790
1359
117600
608260
39015
104870
366260
151980
342630
22027
63651
238810
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