箱型立柱内部隔板筋板节点焊接冷裂纹形成机理分析.pdf

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1、胡月胜。等：船舶涂料性能测试用试板制备方法·35·箱型立柱内部隔板筋板节点焊接冷裂纹形成机理分析胡月胜1，李勇志t，陈俊梅1，陆皓，，章荣辉z，吴天河2(1．上海交通大学焊接工程研究所，上海2002402．上海宝冶建设钢构公司，上海20i908)提要运用热弹塑性有限元方法，对箱型立柱内部隔板筋板节点进行了焊接残余应力的有限元分析。首先对结构进行温度场分析，再根据分析结果进行焊接应力应变的分析。根据现场实际情况。对两种设计方案对应的立柱分段模型分别进行了建模和计算，并对计算结果作了对比分析。计算结果表明，焊接横向残余应力和焊接横向弯曲应力

2、可以用来袁征接头冷裂纹倾向。关键词低合金钢焊接冷裂纹焊接残余应力弯曲应力有限元法中图分类号TG441文献标识码A1引言焊接过程是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，焊接生产过程中会产生很多焊接缺陷，如气孔、夹杂、热裂纹、冷裂纹等。特别是生产过程中经常遇到的延迟裂纹，因为其不是在焊后立即可以发现，需要延迟一段时间，甚至在使用过程中才能发现Ⅲ，因此对焊接过程中冷裂纹的研究具有非常意义。焊接冷裂纹包括延迟裂纹和淬硬裂纹。大量生产实践和理论研究证明，钢的淬硬倾向、焊接接头氢含量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状是焊接时裂纹产生的三

3、大原因[2]。目前，国内外关于焊接冷裂纹的研究很多[3卜[5]，但更多的是通过实验的方法对淬硬组织、焊接接头氢含量的分析讨论，而对于焊接接头拘束应力的讨论较少。随着现代工业和计算机技术的发展，数值模拟在焊接领域已经广泛应用。同时，借助计算机数值模拟计算研究方法相比实验具有节约成本、缩短周期等优点。借助有限元软件MSC．MARC，运用弹塑性有限元方法，对材料为S335的两种不同设计方案的箱型立柱内部隔板筋板节点的焊接过程以及焊后残余应力进行分析。基金项目：国家自然科学基金(NO．50975176)。作者简介：胡月胜(1986一)，男，硕士

4、研究生。2箱型立柱内部隔板筋板焊接计算模型2．I有限元模型本研究中焊接分析所用的材料为S355钢，共两个模型A和B，其中模型A几何模型见图1，其中J为横隔板，其长宽高为2160mmxl150mmxl5mm；2为筋板，其长宽高为1115mmx250mmx30mm：3为贴板，其长宽高为240mmxl50mmxl5mm：4和5为箱型立柱，其对应的长宽高分别为：115mm×1000mmx35mm和2230mmx1000mmx35mm。模型中深色标记区域为焊缝。模型B与模型A相比，增加了一块贴板，其所在位置与模型A的贴板对称，对称面为模型A筋板高

5、度方向中截面。其焊接方式与模型A相同。图1模型A的几何模型图2模型A有限元模型模型A对应的有限元模型见图2，该计算模型共有26704个单元，43614个节点。由于焊道周围的·36·造采技术2011年第1期(总第299期)表焊接工艺参数电流电压电流种类送丝速度焊接速度热输入焊道焊接方法焊材规格(A)(V)／极性Cm／mInmm／skj／mm金属过渡形态l35C1．2220～26028～32直流反接N／A4．8～60．82～1．38颗粒过渡2～n135C1．2250～29028～32直流反接N／A4．6～5．70．97～1．62温度梯度较大

6、，远离焊接工作区域的温度梯度较小，因此在模型中将焊道附近的网格加以细化，单元的最小尺寸为4mm×2mmx2mm，而远离焊接工作区域的温度梯度较小，采用粗网格来减少计算时间。为避免因网格的不同而影响的模型A和模型B的结果比较，除去增加的贴板以外，模型A和模型B的网格划分完全相同，其共有27656个单元，32650个节点。2．2材料性能参数模型的材料为S355钢，其在焊接模拟过程中涉及到的参数有热物理性能参数和力学性能参数。其中，材料密度为p=7．85x103kg／m3，泊松比∥=0．3，其他性能参数具体数值见图3，图3随温度变化的材料性能

7、参数2．3焊接工艺参数模型采用co：实芯焊丝焊接，焊接工艺参数见焊接工艺参数表。2．4边界条件(1)温度场计算边界条件。根据箱型立柱内部隔板筋板实际焊接前的预测温度，设置模型的初始温度为100℃；考虑到模型焊接时与周围环境发生热交换，设定其换热系数为33W／mz℃，其中周围环境温度为25℃。(2)热力计算边界条件。根据实际焊接时模型的约束情况，首先固定箱型立柱和筋板下断面在，，方向上的位移；其次，约束住横隔板在z方向上位移：最后，选取箱型立柱端点处的一个节点约束X方向为零。3箱型立柱内部隔板筋板焊接计算模型根据实际焊接情况，建立有限元模

8、型，通过模拟，得到了模型焊接过程中的温度场分布。同时，为了更检验模拟温度场的合理性。通过实验，测量了焊接热循环曲线，测量点对应模型A筋板上焊缝一侧，距离筋板表面2mm深，距焊根高8mm点处随时间变化的温度曲