Mg/Ti异种金属CMT焊接过程温度场及残余应力场数值模拟

【摘要】本文采用有限元软件ABAQUS对镁/钛异种金属CMT焊接过程进行模拟,并建立出镁/钛异种金属搭接焊模型。分别对考虑焊缝填充情况下的温度场和残余应力场进行数值模拟,并对特征点的温度和残余应力进行实验测量,通过实验验证计算结果的准确性。通过建立镁/钛焊接温度场模型,运用单元生死技术考虑焊缝的填充过程,分析温度场的变化规律并通过热电偶对焊件的特征点热循环曲线进行测量。比较不同送丝速度下温度场的变化规律,并对特征点的显微组织进行比较。结果表明：镁、钛两侧的温度场呈不对称分布。距离焊缝中心相同的两点,镁板侧试件温度上升较快,达到的峰值温度比钛板侧高,且下降速度也快。随着送丝速度的增加,峰值温度变高,达到钛板的熔化温度,钛的熔化量也就随之增加,镁钛连接界面连接较好。采用热-力耦合的分析方法进行镁钛接头残余应力及演变过程分析。根据送丝速度11.5m/min的残余应力分布图得到熔池中心的Mises等效应力值为0,最大等效残余应力值出现在钛板的热影响区,达到363MPa；对不同时刻固定位置的应力值进行分析得到：焊缝处的横向应力与纵向应力都由压应力到拉应力变化,且残余应力呈不对称分布。横向残余应力在焊缝的热影响区达到峰值,钛侧达到192MPa,镁侧达到88MPa。焊缝两侧的纵向残余应力值基本相等达到220MPa。由于镁合金具有较大的热导率,导致镁板侧的变形量较钛侧大很多。为了验证模拟结果的准确性,对不同边界条件下的残余应力及变形进行了实验测试与分析。结果表明采用耦合约束的应力值及变形情况与实际情况更为符合。工艺参数对焊接变形及应力都有一定的影响,研究结果表明随着焊接热输入的增大,试件的应力及变形量也会相应的增加。
【作者】王岑；
【导师】陈剑虹；曹睿；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】镁/钛异种金属；冷金属过渡；温度场；残余应力；焊接变形；数值模拟；

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