不同厚度堆焊层表面残余应力分析 硕士论文

硕士学位论文

不同厚度堆焊层表面残余应力分析

analysis on surface residual stress of different depth

Surfacing layer

作者姓名

指导教师

学科专业

二0一三年十一月

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硕士学位论文

不同厚度堆焊层表面残余应力分析

analysis on surface residual stress of different

depth Surfacing layer

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指导教师

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致谢

本论文是在材料科学与工程学院老师的悉心指导下完成的,衷心感谢我的导师教授!感谢老师几年来为我所做的一切和给予我的无私的帮助,老师渊博的学识和严谨的治学态度时刻感染我,激励我奋进;他孜孜不倦、言传身教的工作作风不仅使我学有长进,也使我在如何做人方面受益匪浅,在此向他表示我最真诚的感谢！

在攻读硕士期间,还得到了许多人的帮助。感谢刘老师、王老师在实验过程中及生活上给予我的帮助！另外,周、王等同学在生活上给予我很多支持,在此表示感谢!

感谢我的家人在学习和生活上给予我无微不至的关怀和支持,使我能够心无旁鹜的去完成学业！

在此,向一切帮助过我的老师、同学和亲人致以我最真挚的谢意！

最后向所有关心过我,帮助过我的人表示我最衷心的谢意,感谢他们!

摘要

本文以Q235焊接钢板为研究对象，采用模拟应力应变场和盲孔法测量两种方式探究不同厚度堆焊层对焊接残余应力的影响。通过模拟结果和实验结果分析，明确了不同厚度堆焊层表面残余应力分布规律。

本文通过建立4种厚度的焊道，在有限元软件MSC.Marc中进行数值模拟，利用Marc单元和热-结构耦合功能分析进行焊接过程仿真。给出了沿焊缝不同方向的三维残余应力分布曲线，对比不同厚度堆焊层在纵向的应力及应变的不同，确定不同厚度堆焊层的表面焊接残余应力的分布规律。得出主要结论为堆焊层厚度为 2 mm、3 mm、4 mm、5 mm焊缝处的纵向拉应力分别为191MPa、305MPa、423 MPa、628MPa。即随着堆焊层厚度的增加其表面残余应力增加。

为了验证模拟结果准确性，在母材Q235低碳钢板上铣出不同厚度的沟槽，用D112焊条进行手工电弧堆焊，得到不同厚度堆焊层，再利用盲孔法测量堆焊层中的残余应力值。实验结果为堆焊层厚度为2 mm、3 mm、4 mm、5 mm焊缝处的纵向拉应力分别为267 MPa、353 MPa、577 MPa、773 MPa。即随着堆焊层厚度的增加其表面残余应力增加。

对比有限元模拟分析和盲孔法实测的结果，两者存在着一定的差距，这是由于在有限元模拟时，表面堆焊材料力学参数设置所导致的。但是，两者在趋势上有较好的吻合，故知有限元模拟可在提高材料参数精度的条件下，可指导堆焊过程的残余应力研究。

关键词：堆焊层；有限元模拟；残余应力；盲孔法；Q235

Abstract

The paper based on the welding low carbon steel Q235 steel plate as the research object, and blind hole method using simulated stress and strain measuring two ways to explore the different depth influence on welding residual stress in the repairing layer. Through the simulation results and experimental results analysis, has been clear about the different thickness of melting layer in the residual stress distribution rule.

In this paper, through the establishment of the depth of 4 kinds of weld bead, the finite element software MSC. Marc to carry on the numerical simulation, using the Marc unit and heat - structure coupling function analysis for simulation of welding process. Is given along the weld residual stress distribution in different directions of three dimensional curve, compare the different depth of surfacing welding layer in the longitudinal stress and strain of different, different depth of the repair layer on the surface of welding residual stress distribution rule. The main conclusions of surfacing layer thickness is 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm weld longitudinal tensile stress is 191 MPa and 305 MPa, respectively 423 MPa and 628 MPa. That with the increase of surfacing layer thickness the surface residual stress increases.

In order to verify the simulation results accuracy, on the base of Q235 low carbon steel plate milling groove of different depth, manual electric arc welding, using D112 electrode for different thickness of bead welding layer, using blind hole method of measuring the residual stress value of surfacing welding layer. The experimental results for the surfacing layer thickness is 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm weld longitudinal tensile stress is 267 MPa and 353 MPa, respectively 577 MPa and 773 MPa. That with the increase of surfacing layer thickness the surface residual stress increases.

Comparing the finite element simulation analysis and blind hole method to the measured results, there is a certain gap, this is due to the finite element simulation, mechanical surfacing materials caused by parameter settings. However, both are in good agreement in the trend, thus the finite element simulation can improve the material parameters precision condition, can guide the welding residual stress research.

Key Words：Surfacing layer；finite element simulation；Welding residual stress; ；Blind-hole method；Q235