焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力影响.pdf

2011年 4月 中国制造业信息化 第 40卷 第 7期 焊接顺序对挖掘机主平台T型焊残余应力的影响 戴晴华 ，季 鹏 一，殷晨波 ，易迪升 ，吴 冬 ，张大雨 (1．三一重机股份责任公司，江苏 昆山 215300) (2．南京工业大学 车辆与工程机械研究所，江苏 南京 210009) 摘要：对液压挖掘机主平台底板和立板 T型焊接头的焊接温度场和应力场进行 了数值模拟，并对 主平台的模型进行了网格划分和工艺参数的确定，结合实际工艺提出了不同的焊接顺序方案，通 过计算，分析了不同方案对焊接结构件残余应力的影响，从而为实际生产提供 了可靠的数值预测 依据 。 关键词 ：数值模拟 ；焊接顺序；残余应力 中图分类号 ：TG404 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672—1616(2011)07—0034—04 焊接残余应力场是影响构件焊接质量和 率的最重要因素之一，采取合理的焊接工艺来改善 焊接残余应力的分布状态，对于提高焊接结构件的 使用寿命具有重要的意义，而选择合理的焊接顺序 又是制定焊接工艺的关键所在_1 J。 本文应用有限元软件ANSh 采用三维实体 单元建模 ，运用单元生死技术对某型液压挖掘机主 平台底板和立干蠢T型焊接头的温度场和残余应力 场进行模拟，研究不同焊接顺序对结构件应力场 的影响，以获得焊接接头的三维温度场和应力分布 规律，为实际加工工艺提供参考 。 1 有限元模型的建立 1．1 网格 的划分 图 1 主平 台几何尺寸示意 图 为了提高计算效率并保证计算精度 ，在温度梯 度变化大的焊缝及其热影响区网格划分 比较密，在 远离焊缝和温度变化不明显的区域 ，采用较稀疏 的 网格，整体上表现为由密到疏的过渡方式。 挖掘机主平台由底板和两立板及焊缝组成，实 际结构尺寸较大，且为对称结构，取实际结构的一 半建立模型并做简化，几何尺寸示意图如图 1所 示 。图2所示为网格划分示意图，焊缝位置分布在 立板两侧 ，向内45。开坡 口，焊接时分 2层焊，先填 充焊 ，再盖面焊。 1．2 材料特性 本文模拟的焊接材料为工程机械结构件中常 图2 网格划分示意 图 收稿 日期 ：2011 03 02 作者简介：戴晴华 (1967一)，男，福建浦城人，三一重机股份责任公司高级工程师，主要从事高效节能技术、智能控制、计算仿真等工作。 ． 现代设计与先进制造技术· 戴晴华 季 鹏 殷晨波等 壁 堇塑垫圭 鱼!：：：：：： 用的Q345低合金高强度钢，考虑了材料的热物理 缝的先后顺序 ： 性能和力学性能随温度而变化。性能参数见表 1。 a．焊接方向A—B的顺序方案。 表 1 材料性能参数 ①l一2—3—4 ②1—3—2—4 ③1—2—3，4 ④1，2—3，4 b．焊接方 向 +A的顺序方案。 ⑤ l一2—3—4 上述中：③方案表示 3，4焊缝 同时焊；④方案 表示 1，2焊缝同时焊及 3，4焊缝 同时焊。① ，⑤方 1．3 热源模型和工艺参数 案焊接顺序一致 ，焊接方向相反。 热源模型采用内生热源 ，内生热率等于热源有 效功率除以所作用单元的体积。计算公式为：