第4章 GMAW再制造多重堆积影响因素分析第4章 GMAW再制造多重堆积影响因素分析.pdfVIP

第4章 GMAW再制造多重堆积影响因素分析 4.1 引言 堆积过程参数对再制造修复过程有重要影响，本章采用数值模拟和实验方法 分析了堆积长度、道间等待时间对多重堆积过程的影响、热过程对组织性能的影 响，并重点研究堆积方向及堆积顺序对堆积过程的影响规律。针对不同约束情况， 分别在温度场、残余应力以及翘曲变形三个指标下对堆积方向和顺序进行排序， 为堆积路径优化提供依据。 4.2 堆积长度的影响 采用第3章中实验验证的有限元模型物理参数以及过程参数，分别建立堆积 长度为150mm、500mm、1000mm单道堆积有限元模型。如图4-1所示为堆积长 度为150mm时工件基板横向、纵向中心线上纵向、横向残余应力的分布情况。 图a)所示为横向中心线上残余应力，纵向残余应力在熔覆层区为拉应力，而远离 该区基板上表现为压应力，横向应力为较小的拉应力状态。如图b)所示为基板纵 向中心线上纵向、横向残余应力分布。横向残余应力在熔覆层区域受拉应力，在 起弧点和收弧点附近分布着压应力；纵向残余应力呈拉应力状态。图4-2所示为 堆积长度为500mm基板横向、纵向中心线上残余应力分布。图4-3所示为堆积 长度为1000mm基板横向、纵向中心线上纵向、横向残余应力的分布。对比发现， 基板中心线上残余应力拉压应力的分布规律一致，堆积长度越长，拉压应力过渡 越陡，堆积长度越短，拉压应力过渡越缓。 a) 横向中心线上残余应力 b) 纵向中心线上残余应力 a)Residualstressontransversalcentralline b)Residualstressonlongitudinalcentralline 图 堆积长度为 基板中心线上的残余应力分布 4-1 150mm Fig.4-1Residualstresso centrallinesonsubstratewithdepositinglengtho 150mm 1 a) 横向中心线上残余应力 b) 纵向中心线上残余应力 a)Residualstressontransversalcentralline b)Residualstressonlongitudinalcentralline 图4-2堆积长度为500mm基板中心线上的残余应力分布 Fig.4-2Residualstresso centrallinesonsubstratewithdepositinglengtho 500mm a) 横向中心线上残余应力 b) 纵向中心线上残余应力 a)Residualstressontransversalcentralline b)Residualstressonlongitudinalcentralline 图 堆积长度为 基板中心线上的残余应力分布 4-3 1000mm Fig.4-3Residualstresso centrallinesonsubstratewithdepositinglengtho 1000mm 4.3 多重堆积道间等待时间的影响 前述第2章中已讨论了道间等待时间对热循环的影响，下面具体分析一下其 对应力场的影响，以从右到左顺序多层多道同向堆积为例，对热应力分布和演化 的影响规律进行分 ，包括对道间、层间应力以及工件残余应力的影响。这里采 用三种不同的道间等待时间：连续堆积，道间等待时间为0s；道间等待时间33s； 每道堆积结束工件冷却至室温，相当于最长的道间等待时间。 如图4-4所示，为采用上述三种道间等待时间情况下，第一层每道堆积后基 板横向中心线上的道间应力分布。后道对前道的热作用导致了应力的释放，道间 等待时间越长，温度下降的越多，整体温度越低，前道对后道的应力释放作用越 弱，则道间应力有所升高。前两种情况下每道堆积后道间应力的峰值逐渐降低。 当道间等待时间为极大值，即每道堆积结束后工件冷却至室温时，前道区域内道 间应力有所释放，而后道区域内应力峰值稍有增加。