不同厚度堆焊层表面残余应力分析_硕士学位论文.doc

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1、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 关于论文使用授权的说明本学位论文作者及指导教师完全了解 有关保留、使用学位论文的规定，同意 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此协议 学位论文作者签名：_ 导师签名：_ 年 月 日 年 月 日学校代码 分类号 密

2、 级 UDC analysis on surface residual stress of different depth Surfacing layer不同厚度堆焊层表面残余应力分析硕 士 学 位 论 文作者姓名 指导教师 申请学位 学科专业 研究方向 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

3、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

4、。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- IV -AbstractThe paper based on the welding low carbon steel Q235 steel plate as the research object, and blind hole method using simulate

5、d 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.

6、 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 d

7、istribution 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 surfacin

8、g 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

9、 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 thicknes

10、s 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 resu

11、lts, 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

12、residual stress research.Key Words：Surfacing layer；finite element simulation；Welding residual stress; ；Blind-hole method；Q235- VIII -目 录摘 要IAbstractII引 言11 绪 论21.1堆焊技术21.1.1堆焊技术定义21.1.2堆焊的方法21.1.3堆焊的特点51.1.4堆焊技术的用途51.1.5堆焊技术现状及发展前景61.2低碳钢的焊接性81.2.1 Q235钢的性能简介81.2.2 Q235钢的焊接特点81.2.3 Q235钢的焊接工艺规范91.3焊

13、接残余应力91.3.1焊接残余应力定义91.3.2焊接残余应力形成原因91.3.3板材件焊接残余应力的分布101.3.4焊接残余应力对焊接结构的影响101.4本文研究的内容122 不同厚度堆焊层焊接过程的有限元模拟132.1有限元法132.1.1有限元法简介132.1.2有限元法在焊接中的应用概况142.1.3有限元软件MSC.Marc142.2材料的介绍和几何模型及焊接工艺参数的确定152.3有限元模型的建立162.3.1几何模型的建立及网格划分162.3.2添加材料的性能参数172.3.3建立焊接路径和填充材料192.3.4设置母材和填充材料的接触关系192.3.5边界条件的定义202.3

14、.6定义载荷工况222.3.7定义热动力-耦合232.4模拟结果与分析232.4.1焊件温度场的结果与分析232.4.2不同厚度堆焊层应力场与应变场分析262.5本章小结323 盲孔法测量残余应力的实验333.1盲孔法测残余应力333.1.1盲孔法测残余应力简介333.1.2盲孔测试法的国内外研究现状333.2实验材料343.2.1堆焊用基体钢板343.2.2堆焊焊条343.2.3电阻应变片353.3 实验仪器设备363.3.1手工电弧焊机363.3.2 CM-1J-20型数字静态应变仪373.3.3其他实验设备383.4 实验过程383.4.1焊接工艺参数及方法383.4.2盲孔法实验原理及方法393.4.3盲孔法测量残余应力的步骤403.5实验结果与分析423.5.1不同厚度堆焊层钻孔释放应变值423.5.2应用盲孔法原理公式计算出残余应力值423.5.3盲孔法测得的残余应力分析433.6本章小结44结 论45参 考 文 献46作 者 简 历48学位论文原创性声明49学位论文数据集50硕士学位论文引 言现阶段，堆焊技术普遍应用于我国各个领域，堆焊就是利用一定的发热方法把固定的合金材料熔化覆盖在焊接材料的表面，可以使焊接材料恢复使用性能，也可以使其具有其它的使用性能。所以，堆焊技术不但可以用来修复一定的材料，也可以使某些材料得到强化，