针对铸钢件上窄长缺陷的补焊过程建立了三维瞬态热力耦合模型; 采用体积热源模型描述焊接热源输入, 考虑了铸钢件内部的导热及其与环境之间的对流换热作用, 以及熔化与凝固过程中的潜热; 采用Mises准则判断材料的弹塑性状态, 认为材料近似服从双线性等向强化的本构模型, 并采用生死单元法处理增材过程; 对铸钢件三道补焊过程的热应力及变形行为进行了有限元模拟, 并用参考文献的结果进行了验证。结果表明: 由于热源对基材的预热作用, 第二道和第三道堆焊金属的峰值温度比第一道堆焊金属的略有升高; 补焊过程中的最大应力可达到300 MPa, 接近钢的室温屈服强度, 出现在焊缝表面和热影响区附近; 由于基材对堆焊金属的强约束作用, 铸钢件在补焊过程中的整体变形较小。
所属栏目
物理模拟与数值模拟国家数控重大专项项目(2012ZX04012-011); 材料成形与模具技术国家重点实验室2015年重点自主研究项目
收稿日期
2015/12/22016/7/5
作者单位
王 文:华中科技大学, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
周建新:华中科技大学, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
庞盛永:华中科技大学, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
备注
王文(1989-), 男, 湖南常德人, 博士研究生。
引用该论文:
WANG Wen,ZHOU Jian-xin,PANG Sheng-yong.Finite Element Modeling for Thermal Stress and Distortion Behavior during Multi-pass Repair Welding for Cast Steel with Narrow-Long Defects[J].Materials for mechancial engineering,2016,40(9):31～37
王 文,周建新,庞盛永.铸钢件窄长缺陷补焊过程中热应力及变形行为的有限元模拟[J].机械工程材料,2016,40(9):31～37
参考文献
【1】
赵丽玲. 低合金铸钢件焊条电弧焊补焊工艺［J］. 热加工工艺, 2012, 41(23): 229-230.
【2】
生利英. 轮带裂纹的修复补焊工艺［J］. 铸造技术, 2012, 33(10): 1218-1219.
【3】
DONG P, HONG J K, BOUCHARD P J. Analysis of residual stresses at weld repairs［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2005, 82(4): 258-269.
【4】
DENG D, MURAKAWA H, LIANG W. Numerical and experimental investigations on welding residual stress in multi-pass butt-welded austenitic stainless steel pipe［J］. Computational Materials Science, 2008, 42(2): 234-244.
【5】
雷剑波, 杨洗陈, 陈娟, 等. 激光熔覆熔池表面温度场分布的检测［J］. 中国激光, 2008, 35(10): 1605-1608.
【6】
ROSENTHAL D. The theory of moving sources of heat and its application to metal treatments［M］.［S.l.］:ASME, 1946.
【7】
PAVELIC V, TANBAKUCHI R, UYEHARA O A, et al. Experimental and computed temperature histories in gas tungsten arc welding of thin plates［J］. Weld Journal, 1969, 48: 295-305.
【8】
GOLDAK J, CHAKRAVARTI A, BIBBY M. A new finite element model for welding heat sources［J］. Metallurgical Transactions B, 1984, 15(2): 299-305.
【9】
ZAIN-UL-ABDEIN M, NELIAS D, JULLIEN J F, et al. Thermo-mechanical analysis of laser beam welding of thin plate with complex boundary conditions［J］. International Journal of Material Forming, 2008, 1: 1063-1066.
【10】
金成, 牛济泰, 何世禹, 等. 铝合金平板钨极氩弧焊数值模拟与残余应力预测［J］. 机械工程材料,2007,31(3):58-59,62.
【11】
何小东, 张建勋, 裴怡, 等. 钛合金薄板激光焊接和TIG焊接残余应力数值模拟［J］. 机械工程材料,2005,29(3):25-28.
【12】
姬丽森, 凌泽民, 何建. Inconel 625镍基合金管道焊接残余应力的数值模拟［J］. 机械工程材料, 2015, 39(12): 67-70.
【13】
SOUL F A, ZHANG Y H. Numerical study on stress induced cambering distortion and its mitigation in welded titanium alloy sheet［J］. Science and Technology of Welding and Joining, 2006, 11(6): 688-693.
【14】
兖文涛, 李晓延, 孙建通, 等. 钢轨轨面堆焊温度场的数值模拟［J］. 机械工程材料, 2015, 39(8): 103-106.
【15】
SHANMUGAM S, BALASUBRAMANIAN K R, BUVANASHEKARAN G, et al. Numerical and experimental investigation of laser beam welding of AISI 304 stainless steel sheet［J］. Experimental Techniques, 2010(5):25-36.
【16】
GOLDAK J A, AKHLAGHI M. Computational welding mechanics［M］. ［s.l.］:Springer, 2006.
【17】
DENG D, MURAKAWA H, LIANG W. Numerical and experimental investigations on welding residual stress in multi-pass butt-welded austenitic stainless steel pipe［J］. Computational Materials Science, 2008, 42(2): 234-244.
