钛合金

　54焊　接　学　报第31卷

采用VonMises屈服准则,塑性区符合流动法则,同

时假设材料为各向同性,不考虑粘性和蠕变的影响.冷却过程是在其周边y=8和10mm等仍存在有压缩塑性应变的框架内完成.2.2　焊缝中心线上点的应变历史

2　数值模拟结果与讨论

2.1　垂直于焊缝中心线不同距离各点的应变

研究垂直于焊缝中心线不同距离各点的塑性应变发展,可以给出焊缝、近缝区及远离焊缝等典型部

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位的应变演变历程.焊缝半宽为5mm,取试件中部x=160mm截面上距焊缝中心线分别为0,4,8,10和12mm的各点进行分析,既包含了焊缝又包括了近缝区.

p

图2给出这些点的纵向塑性应变εx发展过程,考察在此横截面上熔池形成前后一段时间内各点的应变行为

.

图3所示为焊缝中心线上y=0mm点在焊接过程中温度(T)及应变随时间发展过程,其中图3a

ep

为纵向弹性应变εx和塑性应变εx随时间发展过程,图3b为该点的纵向应力应变循环曲线

.

图2　距焊缝中心线不同距离点的纵向塑性应变

Fig12　Longitudinalplasticstraincyclesofpointsatvari2

ousdistancesfromweldcenterline

图3　焊缝中心线上点的纵向应变及其纵向应力应变循环曲线

Fig13　Longitudinalstrainhistoriesandstress2straincircle

inweldcenterline

由图2可以看到,无论是焊缝中心线上y=0mm的点、焊缝中y=4mm的点还是近缝区y=8mm,y=10mm的点,在焊接过程中均产生了压缩塑

性应变;y=12mm的点没有塑性应变产生,说明距焊缝中心线12mm以外的区域为弹性区.由此可以划分,在距焊缝中心线12mm以内的区域,在焊接过程中有塑性应变产生;距焊缝中心线12mm以外的区域则没有塑性应变产生.观察距焊缝中心线12mm以内区域的应变曲线,y=0,4和8mm的应变

焊缝中心y=0mm的点,在加热阶段(线段A,

B),随着电弧的临近迅速升温,膨胀受压,产生受压弹性应变和压缩塑性应变;电弧到来(线段C),金属熔化,形成熔池,熔融金属失去力学抗力,应力为0.由于有限元分析中设定了一个可以收敛的小值,因而熔池中金属应力由熔化前的压应力迅速减小并达到这个接近0的小值,近似反映了熔融金属的状态.这在图3a中可以看出,受压弹性应变在对应热循环曲线上温度超过熔点的时间段C内为一个约等于0的小值.虽然熔融的金属自身为无应力状态,但由于熔池并不是孤立存在的,熔池内的金属是在已发生压缩塑性应变的近缝区的框架内熔化的,因而y=0mm的点在经历熔化这一阶段时仍受到

p

挤压,有压缩塑性应变(图3a虚线εx的C,图3b的C段).电弧经过熔池金属凝固形成焊缝,在随后的

曲线从升温到降温的转折、拐点在图中用圆圈标出;曲线上的拐点即为应变增量改变符号卸载过程的开始.由此看出,此三点冷却过程中有拉伸塑性应变生成;但在其各自的曲线上仍可以看出,其纵向残余塑性应变总量仍为负值.而在y=10mm上,不再出现拐点;这表明,在12mm>y>10mm的区域,只有压缩塑性应变,不再有拉伸塑性应变的卸载出现.综合分析可知,y=0和4mm焊缝中的点,其熔化、