焊接顺序对铝合金矩形焊接残余应力及变形的影响

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1、焊接顺序对6061铝合金矩形焊缝焊接残余应力及变形的影响李灿，傅定发，王冠，向东，李落星（湖南大学材料科学与工程学院，长沙410082）摘要：以热弹塑性有限元法为基础，结合热-力耦合的算法建立有限元模型，采用abaqus软件对薄壁6061-T6铝合金矩形型材进行焊接模拟；模拟了不同焊接顺序对铝合金型材残余应力及焊接变形的影响，通过对比分析得到最优的焊接顺序。结果表明：在矩形焊接时焊缝所在平面上产生的最大残余应力为拉应力；选择对称焊接工艺可以有效降低铝合金型材焊接后的残余应力，增强焊件的焊后稳定性；从较长的焊接路径开始焊接，

2、能够减小铝合金型材焊接变形量。关键词：铝合金；有限元；焊接顺序；焊接变形中图分类号：TG404；TG146.2文献标识码：A文章编号：InfluenceofWeldingSequenceonResidualStressandDistortioninRectangularWeldingof6061AluminumAlloyLICan，FUDing-fa，WANGGuan，XIANGDong，LILuo-xing(HunanUniversity,Changsha410082,China)Abstract:Thispaperpr

3、esentedadetailedfiniteelementsimulationonthebasisofelastic-plasticmethodcombinedwiththermo-mechannicalcouplingalgorithm，andthesoftwareabaquswasusedfortheweldingsimulationofthin-walled6061-T6aluminum.Theresidualstressanddistortionwithvarioustypesofweldingsequencewe

4、reinvestigatedandtheoptimalweldingsequencewasgainedthroughcomparisonandanalysis.Theresultsshowedthatthemaximumresidualstressontheplaneoftheweldswastensilestressafterweldinginarectangular.Themethodofsymmetryweldinggotsmallerresidualstresswhichcouldenhancethestabili

5、tyoftheweldments,andstartingfromalongerweldingpathgotsmallerresidualdistortionofaluminumalloy.Keywords:Aluminumalloy;Finiteelement;Weldingsequence;Weldingdistortion0引言6061铝合金属于变形铝合金，具有中等强度、良好的加工性能与焊接性能，几乎各种焊接方法均可使用[1]，一般根据其具体的用途和使用环境来进行选择。由于钨极惰性气体保护焊(TIG焊)的焊接质量较好且

6、容易操作，因此通常情况下采用TIG焊来进行焊接。铝合金易氧化且热导率和热膨胀系数较大，焊接时需要大的热功率、较集中的热源和较好的气体保护环境。在焊接过程中，由于高度集中的热输入，急剧的加热和冷却使焊缝及周围区域产生不均匀的膨胀与收缩，进而产生焊接残余应力及变形。选择合理的焊接顺序能够有效减少焊接件的变形。研究表明，对焊接时的应力及变形可以使用有限元方法进行模拟和预测[2]，王宗茂等[3]首次把6061铝合金的软化现象引入到有限元分析中，使数值模拟的精度有所提高。为适应复杂的焊接结构并节省计算时间，丁振斌等[4]采用固有应变

7、法，通过对不同焊接顺序下的船体进行了模拟，得到了变形最小的焊接顺序。国外的Liam等[5]研究了T形焊接件在不同焊接顺序下的残余应力及变形，获得了最佳焊接顺序并讨论了焊接应力及变形对焊件力学性能的影响。Sattari-Far等[6]利用三维坐标下热力耦合的方法对不同焊接顺序下圆筒件的残余应力及变形进行模拟，并得出了最佳的焊接方案。采用热弹塑性有限元法来预测焊接变形情况，由于在计算中考虑到了材料的非线性等较多因素，使模拟结果更加直观且便于进行对比分析。利用数值模拟技术进行焊接顺序优化的研究主要集中在多道平行焊缝的焊接[7-8

8、]方面，作者利用abaqus软件对薄壁6061-T6铝合金进行了矩形焊缝(四条焊缝呈矩形分布)焊接的模拟，对不同的焊接顺序产生的应力与变形进行分析并制定出合理的焊接顺序，提高了焊件的结构稳定性。收稿日期：2011-07-25；修订日期：2012-03-15作者简介：李灿（1985-），男，河南驻马店人，