激光束焊接铍环残余应力的轴对称有限元分析

分享到：

激光束焊接是一种高能束焊接方法，在焊接过程中，激光束能量沉积在焊缝表面，使焊缝表面温度迅速升高到沸点，甚至使焊缝金属发生汽化。根据激光束焊接输入能量的高低，可将激光束焊接划分为热传导焊接和深穿透焊接，铍环焊接采用热传导焊接方式。 为了研究激光束焊接铍环的残余应力分布规律，优化焊接工艺，采用MARC软件对铍环激光束焊接过程进行了二维轴对称有限元分析。由于采用热传导焊接，不考虑焊接过程的小孔效应，假定激光束能量只沉积到焊缝表面，在焊缝附近满足Gauss分布，其表达式为式中，h 为材料对激光吸收率，Q为激光输入功率，r为点到束斑中心的距离，rb为激光束光斑半径，其大小随激光束焦点偏离试样表面距离z而变化。激光束沉积在试样表面的能量在空间域和时间域内变化，采用子程序FLUX确定焊缝外表面的热流大? Ｊ匝獗砻嫫渌颉⒛诒砻嬉约岸嗣婢捎枚粤鞅呓缣跫＜俣ê阜旄克蹩自诤附幽坦讨行纬桑豢悸歉克蹩锥院干罟毕资保行Ш干钗?.3mm，采用单元技术分析缩孔对焊接残余应力的影响。当发生焊接凝固时距离焊缝外表面>0.3mm的所有钎料单元。 图1是激光束焊接铍环外表面的沿轴向的残余应力分布 图2是焊接后铍环内外表面的径向变形分布图1是激光束焊接铍环外表面的沿轴向的残余应力分布。由图可见焊缝附近的环向应力st和轴向应力sz为较大拉应力，而径向应力sr较小；焊缝中心的钎料以及远离焊缝的铍环内的残余应力也比较? ？杉独牒阜烨颍牖纺谕獗砻娴木断虮湫瓮耆嗤急硐治断蚴账酰辉诶牒阜煸?mm范围内，外表面发生径向膨胀，最大膨胀量约为0.065mm，而内表面继续向内发生径向收缩，最大收缩量为-0.035mm。表1列出铍环焊接熔池尺寸的有限元计算和金相分析结果，可见二者基本吻合。表 1 焊接熔池尺寸的有限元计算和金相分析结果 -熔池表面宽度/mm熔池半深宽度/mm焊缝高出表面/mm焊深/mm有限元分析1.00 0.850.0570.75金相分析0.970.920.0500.65