铝合金平板TIG焊数值模拟与残余应力预测.pdfVIP

铝合金平板TIG 焊数值模拟与残余应力预测 金成，牛济泰，何世禹 (哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要：利用ABAQUS 有限元软件对铝合金平板TIG 焊过程进行了数值模拟,首先应用移动的椭圆高 斯分布表面热源作为输入热源，对TIG 焊过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算，其中考虑 了各种散热因素及材料性能随温度的变化，并对冷却后的平板残余应力进行了预测，最后将有限元 计算结果与残余应力的实测结果进行了对比，验证了有限元模拟的适用性。 关键词：铝合金TIG 焊；残余应力；有限元；ABAQUS 中图分类号： Simulation on TIG Welding of Aluminum Alloy Plate and Residual Stress Prediction JIN Cheng, NIU Ji-tai, HE Shi-yu (Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract: This paper research on the simulation of aluminum alloy plate TIG welding process using finite element software-ABAQUS. Firstly, the welding temperature field was calculated by using elliptical surface Gaussian distributions as the input heat source, in which, kinds of heat loss factors and the materials properties varying were considered. The welding residual stress of the welded plate was predicted after it cooled down. The results of prediction and actual measured were contrasted finally. Results verified the applicability of the welding simulation Key words: aluminum alloy TIG welding; residual stress; finite element; ABAQUS 1 引言 铝合金以其优异的比强度及良好的焊接性能，成为工业生产中的一种重要的轻质结构材料，其 广泛应用于航空、航天、交通运输等部门中[1] ，而钨极惰性气体保护焊(TIG 焊)是焊接铝合金的一种 主要方式。由于焊接过程局部快速加热的特点，及铝合金较大的热导率和较低的高温强度，焊后的 铝合金结构件常会出现较大的残余应力和变形。随着数值模拟技术的发展，焊接残余应力及焊后的 变形问题已不只依赖于物理测量，利用有限元模拟的方法同样可以快速、准确地预测焊接残余应力 与构件的变形[2,3] ，这对焊接结构力学分析、显微组织分析以及最终的焊接安全可靠性评定都具有重 要意义[4] 。本文利用ABAQUS 有限元软件对铝合金平板 TIG 焊过程进行了数值模拟计算，并对焊 后残余应力及变形进行了预测，最后将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比，验证了 有限元模拟的适用性。 基金项目：国家自然科学基金资助项目 。 作者简介：金 成（1977－），男，辽宁抚顺人，博士研究生。 导 师：牛济泰（1941－），男，河南焦作人，哈尔滨工业大学教授 博士生导师。 448 2 试样制备及试验方法 2.1 有限元模型的建立 有限元分析的物理模型两块厚度为3mm 的LF6 铝合金平板对接自动钨极惰性气体保护焊(TIG 焊) ，平板尺寸为300mm ×150mm。使用ABAQUS